[发明专利]基于对比度降低技术的激光脉冲高动态范围对比度测量方法

说明书

一种基于对比度降低技术的激光脉冲高动态范围对比度测量新方法，通过降低激光脉冲对比度，来降低对比度测量过程中对数据采集元器件的要求，突破采集元器件本身有限的动态范围对于对比度测量动态范围的限制，从而实现激光脉冲高对比度测量，为具有高对比度激光脉冲的对比度提升和应用研究提供重要的参数支持。

技术领域

本发明涉及激光脉冲的对比度测量，特别是一种基于对比度降低技术的激光高动态范围脉冲对比度测量方法。

背景技术

超强超短激光脉冲在激光粒子加速、实验室天体物理，以及等离子体物理等重大前沿科学研究领域具有重要的应用。啁啾脉冲放大技术(以下简称为CPA)的出现大大的推动了超强超短激光系统的发展，峰值功率为拍瓦(PW,10¹⁵W)量级的激光系统先后在世界各地搭建完成，10PW以及100PW的超强超短激光系统也将陆续面世，这使得超过10²¹W/cm²量级聚焦强度的极端物理条件在实验室得以实现，为强场激光与物质的相互作用提供了全新的手段。然而，基于CPA技术的激光系统所产生的超强脉冲伴随有前沿小脉冲，前沿小脉冲的聚焦强度超过10⁹W/cm²时，在光与物质相互作用过程中，这样高强度的前沿小脉冲可以在主脉冲到达物质前与物质相互作用产生预等离子体，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。由此可知，激光脉冲时域对比度(即激光脉冲中主脉冲与其它成分的相对强度关系)是激光脉冲的一项重要参数，对其测量和了解，是强激光脉冲与物质相互作用的必要工作。同时，脉冲对比度的测量也为脉冲对比度的提升提供了重要的指导。

基于超强超短激光脉冲的不同重复频率，目前已经提出了多种多发和单发对比度测量方法。典型的多发对比度测量方法是扫描式三阶互相关方法，测量的动态范围可以达到10¹²。单发对比度的测量主要有基于时间-空间编码和时域-频域转换的两种单发测量方法，此两种方法测量动态范围分别可以达到10¹⁰和10⁸。

如前所述，当前沿小脉冲聚焦峰值功率密度超过10⁹W/cm²时，会破坏主脉冲与物质相互作用的条件，并影响所得到的结果。这对于聚焦峰值功率密度达到10²¹W/cm²量级甚至10²⁴W/cm²量级的激光脉冲，其对比度得大于10¹²甚至要达到10¹⁵。对于PW量级的超强超短激光脉冲激光系统，鉴于其大功率特性，重复频率极低，甚至通常是单发运行，现有的单发对比度测量方法仅能达到10¹⁰的测量，无法对更高动态范围的激光系统脉冲对比度提升以及使用提供任何指导作用。

本发明提供了一种基于对比度降低技术的激光脉冲高动态范围对比度测量新方法，首先，对入射激光脉冲的对比度进行降低(降低量可以求出)；然后，对降低对比度了激光脉冲进行对比度测量，得出此时的脉冲对比度信息；最后，结合测量所得到的对比度降低了的脉冲的对比度信息和对比度降低量，还原出原入射激光脉冲的对比度信息。通过该测量方法，可以突破测量元件动态范围的限制，实现对高动态范围的激光脉冲对比度的单发测量，为激光脉冲对比度的进一步提升和应用研究提供重要的参数支持。通过本发明，我们实现了约一个数量级的单发对比度测量动态范围提升。

发明内容

本发明提供了一种基于对比度降低技术的激光脉冲高动态范围对比度测量方法，从而可以实现对高对比度激光脉冲系统的对比度进行测量，为激光脉冲的进一步对比度提升和使用提供重要的参数支持。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于对比度降低技术的激光脉冲高动态范围对比度测量方法，其装置的构成包括分束片(1)、平片(2)、对比度降低装置(3)、平面反射镜(4)、脉冲净化装置(5)和二维成像光谱仪(6)。