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超强激光科学卓越创新简报
(第二百二十九期)
2021年10月29日
上海光机所在脉冲信噪比提升方面取得进展
  近期,中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室研究人员在脉冲种子信噪比提升方面和脉冲放大过程中相干噪声抑制方面取得进展。相关研究结果发表于《光学快报》(Optics Letters)。
  超强超短激光中的时域脉冲信噪比高低,决定了许多物理实验特别是固体靶相关实验的成败,因此是超强超短激光装置的一个非常关键的指标。目前,提升脉冲信噪比方法除了压缩后脉冲净化技术,还可以是通过高信噪比种子脉冲注入,同时控制放大过程中的噪声放大获得高信噪比的放大脉冲。
  研究人员利用激光脉冲时域上噪声和主脉冲的强度差别引起的自聚焦效应差别:主脉冲部分可以通过薄片堆获得空间上级联聚焦,而噪声部分由于自聚焦效应的缺失随传播距离发散。这样,通过小孔滤波,可以实现激光主脉冲和噪声的空间分离,从而达到信噪比提升的效果。激光薄片堆中的自相位调制同时引起脉冲光谱展宽,通过色散补偿可以获得周期量级脉冲输出。这里,采用一个简单装置同时实现脉冲信噪比提升和光谱展宽,大大简化了之前获得高信噪比周期量级脉冲常用的两步走技术,即:先通过脉冲净化技术获得高信噪比脉冲,再通过非线性光谱展宽技术获得周期量级脉冲输出。
  另外,研究人员在之前针对钕玻璃啁啾脉冲放大激光设计的双透镜型Martinez展宽器的基础上(IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 24, 8800506 (2018).),设计了基于800nm宽带激光脉冲的双反射镜型Martinez展宽器,该展宽器可以有效避免传统展宽器内的远场谱相位噪声,同时避免色差,有效抑制放大脉冲的相干噪声基座。在实验室单次拍瓦激光装置上成功将主脉冲前10ps处的噪声基底控制在10-10的水平(放大脉冲1.7J),与之前的结果比较提升4个量级。下一步研究计划进一步改善激光装置的预脉冲噪声,此外,这项技术后续将进一步应用到SULF和SEL装置获得高信噪比输出。
  相关工作得到了国家重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项、上海市科技重大专项、国家自然科学基金项目的支持。(强场激光物理国家重点实验室供稿)
图1 自聚焦信噪比提升原理图
图2 信噪比提升结果:原信噪比(黑线)和提升后信噪比(红线)
图3 Martinez展宽器(a)正视图 (b)侧视图
图4 放大脉冲信噪比测量结果Offner展宽器(蓝线)Martinez展宽器(红线) 
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