[发明专利]一种提升高能短脉冲激光信噪比的方法

说明书

技术领域

本发明属于高能短脉冲激光领域，具体涉及一种提升高能短脉冲激光信噪比的方法。

背景技术

高能短脉冲激光装置的发展为激光与物质相互作用的研究开拓了新的研究领域。在脉冲主峰到达之前，预脉冲就可能和靶发生作用，产生预等离子体。理论研究表明，预脉冲强度超过10⁸W/cm²，它与固体靶的相互作用产生的预等离子就足以使靶发生有害的改变，使得脉冲主峰不能与靶发生预期的相互作用。因此，抑制预脉冲、提高脉冲的信噪比具有重要的研究意义。

提高脉冲信噪比的常见方法有以下几种：一是电光方法；二是利用介质对不同强度光的吸收或反射的系数不同，如可饱和吸收体，等离子镜等；三是利用非线性参量过程，如倍频或光参量放大。另外还有交叉偏振波方法等等。上述方法各有优缺点，如电光方法效率高，但只能抑制主脉冲前ns量级的预脉冲；等离子体镜用于装置末级，但是它的效率低、容易损坏；光参量放大需要提供与信号光相匹配的泵浦光，增加了光路的复杂度和造价，同时还存在泵浦光噪声向信号光转移的问题；交叉偏振波是近年来发展较快的信噪比提升方式，但是它要求脉冲的功率密度在TW/cm²量级，只能用于装置的前级，目前报道的效率<20％。05年AmandineRenault等人首次提出利用非线性Sagnac干涉提高信噪比得方法，并在实验上利用该方法将经压缩器压缩后的脉宽55fs，能量1mJ的激光脉冲的信噪比提高了4个数量级。与其他方法相比，非线性Sagnac干涉法理论上能用来直接提升大能量超短脉冲的信噪比。但是，该方法为环形结构，输入输出镜为同一片半透半反镜，反激光非常严重，对前级光路的安全运行构成威胁；同时该方法要求顺时针和逆时针传输的光路时间空间完全重合，调试存在较大的难度；最为重要的是该方法为了破坏环形腔的对称结构，在环中插入了衰减片，衰减片的透过率一般选在40％～60％，衰减片的存在使光路的效率降低了一半。

综上所述，需要一种高效的、易于调节的提升高能短脉冲激光信噪比的方法。

发明内容

针对上述不足，提升高能短脉冲激光信噪比效率低，调试难度大等不足，本发明提供一种提升高能短脉冲激光信噪比的方法。本发明将光路的时间调节和空间调节分开进行，极大的降低了调试的难度，在光路中不加入衰减片，可以有效提升光路的效率。本发明主要包括以下内容：

一种提升高能短脉冲激光信噪比的方法，包括以下步骤：

步骤一、根据高能短脉冲激光中的脉冲主峰峰值功率密度，选定特定长度的非线性光学介质，使通过非线性光学介质的脉冲主峰产生π的奇数倍的非线性相移，而高能短脉冲激光中的预脉冲和噪声通过该非线性光学介质产生非线性相移可以忽略；

步骤二、高能短脉冲激光分束：通过第一半透半反镜将高能短脉冲激光分成反射光束和透射光束；

步骤三、使得反射光束经过非线性光学介质，之后经过第二半透半反镜一面，获得第一最终反射光束；使得透射光束经过延时光路，之后经过第二半透半反镜一面的另一面，获得第一最终透射光束，其中所述延时光路设置为使得所述反射光束和透射光束同时到达所述第二半透半反镜；

步骤四、将第一最终反射光束和第一最终透射光束合并形成高信噪比的最终高能短脉冲激光。

优选的所述提升高能短脉冲激光信噪比的方法，所述的非线性光学介质的长度由脉冲主峰的中心波长、非线性光学介质的非线性折射率系数和脉冲主峰的峰值功率密度确定，非线性光学介质的最小长度，即通过非线性光学介质脉冲主峰的相移为π时，非线性光学介质的长度L₁由下面关系式确定：

L1=λ0n2I0]]>

其中L₁为非线性光学介质最小长度，λ₀为脉冲主峰的中心波长，n₂为非线性光学介质的非线性折射率系数，I₀为脉冲主峰的峰值功率密度；当相移为π的奇数倍，其长度为L₁的奇数倍。