[发明专利]一种获得超高对比度激光的打靶装置和方法

说明书

本发明公开了一种获得超高对比度激光的打靶装置和方法，包括第一等离子体镜(1)、第二等离子体镜(2)和靶(3)，其中第一等离子体镜(1)将激光光束反射至第二等离子体镜(2)，第二等离子体镜(2)将激光光束反射至靶(3)。根据本发明所述的获得超高对比度激光打靶的装置和方法，具有激光反射率高、对比度提升高、占用空间小、光路元件少等诸多优点。

技术领域

本发明涉及一种激光打靶装置和方法，尤其涉及一种获得超高对比度的激光打靶装置和方法，属于激光技术领域。

背景技术

超高功率密度激光轰击薄膜靶是获得超快高能粒子束和射线的重要手段。超高功率密度激光具有高斯分布的时域特征，脉冲宽度可以在皮秒，飞秒甚至阿秒级别，其主脉冲具有超高的瞬时峰值功率。主脉冲的前后，光强仍然很高，足以造成材料的损伤，因此把主脉冲的峰值功率与某时刻的光强之比，定义为该时刻的激光对比度。激光对比度是高功率激光的一项重要指标,定义为CR(t)＝I(t)/I(t＝0),其中I(t)为t时刻的激光强度，I(t＝0)为峰值激光强度。

打靶实验要求激光具有很高的时域对比度(即激光的信噪比)，以防止脉冲前沿产生冲击波破坏靶面或者对靶面预等离子化从而影响主脉冲与靶面的相互作用，如激光质子加速，为提高粒子束产额、截止能量和降低粒子束发散度，要求激光在纳秒尺度对比度达到10⁹和皮秒尺度对比度达到10⁵以上，而且随着激光达到拍瓦级别和聚焦峰值功率的进一步提高，对激光对比度的要求还将进一步提高。不同的加速机制对激光对比度的要求也有所不同，RPA机制有望显著提高粒子束产额、截止能量和降低粒子束发散度，其对激光对比度要求尤其严格。另外一些研究领域也要求激光具有很高对比度，如抑制热电子温度、提高特征X射线产额和得到高阶高次谐波等。

提高激光对比度一方面可从激光器本身出发，即优化激光前端脉冲的对比度，从而使能量放大后的激光也有更高的对比度，如XPW技术(交叉偏振滤波)，普克尔盒，OPCPA技术，优化压缩光栅等。然而此种方法仅仅适用于小能量阶段，优化后的对比度仍然难以达到很多实验的要求。

另一方面，可以通过等离子体镜技术，其对比度提升CI＝R_sf/R_wf，其中R_sf为强场激光反射率，R_wf为弱场激光反射率。等离子体镜通常有两种形式，一种是独立的等离子体镜系统，这种形式效果较好但是需要占用一个独立的真空腔和两套OAP；另一种是靶前等离子体镜，通过把等离子体镜嵌入光路，不需要额外的光学元件，但是等离子体镜和靶在空间上很靠近会相互制约，使得难以在对比度提升和打靶便利性方面很好兼容。

因此，有必要研究一种激光打靶装置及方法，以解决上述问题。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了深入研究，一方面，提供一种获得超高对比度激光的打靶装置，包括第一等离子体镜1、第二等离子体镜2和靶3。

进一步地，第一等离子体镜1将激光光束反射至第二等离子体镜2，第二等离子体镜2将激光光束反射至靶3。

在一个优选的实施方式中，照射第一等离子体镜1的激光光束为TW级别以上功率的激光，优选为PW级别功率的激光，更优选地，所述激光光束通过离轴抛物面镜聚焦得到。

在一个优选的实施方式中，第一等离子体镜1的镜面与激光光路中线呈45°夹角。

在一个优选的实施方式中，第一等离子体镜1反射的激光竖直向上或竖直向下。

在一个优选的实施方式中，照射第一等离子体镜1的激光光束的光路中线水平设置，第二等离子体镜2将第一等离子体镜1反射的激光再次反射到水平面上。