[发明专利]飞秒激光脉冲对比度的提升装置

说明书

技术领域

本发明涉及飞秒激光脉冲对比度，特别是一种飞秒激光脉冲对比度的提升装置。

背景技术

啁啾脉冲放大(CPA)技术的出现大大的推动了高能量飞秒激光系统的发展，超过10²¹W/cm²相对论量级聚焦强度的极端物理条件已在实验室得以实现，这为强场光与物质的相互作用如激光惯性约束核聚变、天体物理、强激光电子和质子加速等研究提供了全新的手段。然而，基于CPA技术的激光系统所产生的超强脉冲伴随有波前小脉冲和自发辐射放大基底噪声，目前商用激光系统的对比度处在10⁶-10⁷的水平，当主脉冲聚焦强度达到10¹⁸W/cm²以上时，波前小脉冲或自发辐射放大基底噪声的聚焦强度将超过10¹¹W/cm²，在光与物质相互作用过程中，这样高强度的波前小脉冲或者自发辐射放大基底噪声可以在主脉冲达到物质前与物质相互作用产生不需要的等离子体，从而破坏主脉冲与物质相互作用的条件，并影响所得到的结果。这对提升强激光系统输出脉冲的对比度提出了迫切的需求。

交叉偏振波产生、光学参量啁啾脉冲放大、可饱和吸收镜、相位共轭波产生、自衍射等众多方法已适用于激光脉冲对比度提升的研究。其中自衍射方法用于提升激光脉冲对比度于2010年提出。自衍射方法作为一种级联四波混频过程，产生的一阶自衍射信号(SD1)可描述为：I(ωsd1)∝|∫∫dω1dω-1χ(3)E~1*(z,ω1)E~-1(z,ω-1)E~-1(z,ωsd1-ω-1+ω1)sinc(Δkz(ωsd1,ω1,ω-1)L/2)|2]]>，其中ω_sd1、ω₁、ω_-1分别为SD1和两入射光的角频率，Δk_z(ω_sd1,ω₁,ω_-1)为相位失配量，L光束在非线性介质的作用长度。由SD1的表达式可以得出，(SD1)的光谱强度是两入射光光谱强度的积分，即对于SD1在其光谱范围内的任一波长成分的形成来自于两入射光的所有波长成分的均匀的贡献。这使得所产生的SD1光谱自动平滑，这样的均匀贡献也使得(SD1)信号中心波长处的光谱强度受到抑制而两边的波长成分光谱强度得到增强，在相位匹配条件满足的前提下，将在SD1的光谱两端产生新的光谱成分，这使得其光谱较入射光谱要宽。在时域内，SD1与两入射光的关系可表述为：自衍射过程作为一种飞秒量级的瞬态过程，持续时间比较长并且比较弱的自发辐射噪声(ASE)经由自衍射这一瞬态过程，不会进入所产生的SD1，同时，产生的SD1与两入射激光脉冲在空间上分离，在不考虑角度色散和来自所用非线性介质内部与表面的散射时，SD1的对比度与入射光的对比度有近似关系：C_sd1≈(C_in)³，则对于目前对比度约为10⁶的商用激光系统，所产生的自衍射信号对比度将达到10¹⁸量级，足以用于前面提到的强场光与物质相互作用的应用。