[发明专利]激光等离子体光学装置及产生超短超强中红外脉冲的方法

权利要求书

1.一种激光等离子体光学装置，其特征在于，包括

激光系统，所述激光系统是太瓦级激光系统，所述激光系统用于输出驱动光脉冲和信号光脉冲；

真空靶室，所述真空靶室用于提供激光与物质相互作用的真空环境；

气体靶产生装置，所述气体靶产生装置设置于所述真空靶室内，其中所述气体靶产生装置用于产生气体，并通过激光预脉冲照射或通过高压电离气体形成沿驱动光脉冲传播方向的等离子体通道靶；和

聚焦元件，所述聚焦元件设置在所述真空靶室内，所述聚焦元件将所述驱动光脉冲聚焦到所述产生的等离子体通道靶上，从而产生密度调制的等离子体尾波；并且在延迟预定时间T后，再通过所述聚焦元件将所述信号光脉冲聚焦到等离子体尾波的第二个等离子体密度空泡的前沿区域，从而使得所述信号光脉冲的频率发生红移，产生相对论强度、单脉冲能量达到数毫焦、近单周期中红外脉冲。

2.如权利要求1所述的激光等离子体光学装置，其特征在于，所述等离子体通道靶在通道的径向方向上具有密度上升的径向密度梯度分布，并且在通道的轴向上具有基本均匀的轴向密度分布。

3.如权利要求1所述的激光等离子体光学装置，其特征在于，所述的驱动光脉冲、信号光脉冲的方向是相同的。

4.如权利要求1所述的激光等离子体光学装置，其特征在于，所述的驱动光脉冲、信号光脉冲和激光预脉冲的传播方向是相同的。

5.如权利要求1所述的激光等离子体光学装置，其特征在于，所述的前沿区域为所述等离子体尾波的第二个等离子体空泡的最前端或前1/2的区域内。

6.如权利要求1所述的激光等离子体光学装置，其特征在于，所述的激光预脉冲和驱动光脉冲是同一束激光脉冲，其中，所述的激光脉冲的前沿或前段作为预脉冲，而激光脉冲的后段作为驱动光脉冲。

7.如权利要求1所述的激光等离子体光学装置，其特征在于，所述驱动光脉冲和信号光脉冲聚焦在所述等离子体靶上的束腰半径为5-30微米。

8.如权利要求1所述的激光等离子体光学装置，其特征在于，所述驱动光脉冲和信号光脉冲聚焦在所述气体靶上的束腰半径为8-15微米。

9.如权利要求1所述的激光等离子体光学装置，其特征在于，所述驱动光脉冲的脉宽为10～60飞秒。

10.如权利要求1所述的激光等离子体光学装置，其特征在于，所述信号光脉冲的脉宽为5～30飞秒。

11.如权利要求1所述的激光等离子体光学装置，其特征在于，所述延迟预定时间T可在数十飞秒范围内调节。

12.如权利要求1所述的激光等离子体光学装置，其特征在于，所述驱动光脉冲的峰值功率为1～20太瓦。

13.如权利要求1所述的激光等离子体光学装置，其特征在于，所述信号光脉冲的峰值功率为0.1～15太瓦。

14.如权利要求1所述的激光等离子体光学装置，其特征在于，所述气体靶产生装置是可控的高压气体喷嘴装置或毛细管通道装置。

15.如权利要求14所述的激光等离子体光学装置，其特征在于，所述的高压气体喷嘴装置可喷出密度、体积等可控的气体，通过与皮秒预脉冲作用可电离产生沿径向呈类抛物线形密度梯度、沿着轴向基本均匀的等离子体通道靶。

16.如权利要求14所述的激光等离子体光学装置，其特征在于，所述的毛细管通道装置是由气体产生装置向管内充气体，然后通过电极装置提供的高压电使得管内气体被电离，从而产生沿径向呈类抛物线形密度梯度、沿着轴向基本均匀的等离子体通道靶。