[发明专利]通过内置电光晶体的F-P标准具提升飞秒激光信噪比方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提升飞秒量级激光信噪比的方法及其装置，具体地说涉及一种通过内置电光晶体的F-P(法布里-珀罗)标准具来提升飞秒量级激光信噪比的方法以及实现该方法的装置，属于超短脉冲技术领域。

背景技术

近年来，随着啁啾脉冲放大(CPA)技术的出现，高功率超短脉冲激光系统取得了飞跃发展。利用kJ量级的钕玻璃激光装置，其输出的激光脉冲峰值功率可达到PW量级，聚焦光强可达到10^21～22W/cm²量级。在激光与固体靶相互作用时，当激光强度达到10¹³W/cm²时，可产生等离子体，即使激光强度小于10¹³W/cm²，若其与固体靶相互作用时间足够长，也同样可产生等离子体。对聚焦强度为10²²W/cm²的打靶脉冲而言，其预脉冲的强度也不能高于10¹³W/cm²，否则，它会破坏主脉冲与靶的相互作用的条件，从而要求此类激光系统的信噪比达到10¹⁰以上，因此，有必要研究如何提升超短脉冲激光的信噪比。

目前，用于提升超短脉冲信噪比的方法主要有以下几种：

(i)交叉极化波(XPW)法

由于交叉极化波产生是一个四波混频过程，源于晶体的三阶非线性张量实数部分的各向异性。交叉极化波产生与输入脉冲强度的三次方成正比，因而能有效地提升其信噪比。V.Chvykov等人利用交叉极化波技术将其信噪比提升超过4个量级，因而得到了信噪比高达10¹¹的50TW的激光脉冲(V.Chvykov，P.Rousseau，S.Reed，et al.Generationof10¹¹contrast 50 TW laser pulses[J].Optics Letters，2006，31(10)：1456～1458)。

(ii)可饱和吸收体(Saturable Absorber)法

Kyung-Han Hong等人以1KHz的重复率的μJ级能量注入系统，并利用可饱和吸收体法获得了4×10⁸的信噪比，信噪比提升了400倍(K.H.Hong，B.Hou，J.A.Nees，et al.Generation and measurement of ＞10⁸ intensity contrast ratio in a relativistic kHzchirped-pulse amplified laser[J].Applied physics B，2005，81：447～457)。但采用可饱和吸收体法会出现非线性相移，从而导致光束空间轮廓的变形，以及非线性饱和吸收所要求的峰值功率一般会超过大多数媒质产生自聚焦所需要的能量，同样也会造成光束空间轮廓的扭曲。

(iii)等离子体镜(Plasma Mirror)滤波法

由于等离子体镜对强度越高的脉冲反射率越低，反之亦然。因此，可以用它来清除强度小的预脉冲，从而有望将输入信号信噪比提升到2个数量级[Yutaka Nomura，LaszloVeisz，Karl Schmid，et al.Time-resolved reflectivity measurements on a plasma mirror withfew-cycle laser pulses[J].New Journal of Physics，2007，9：1～8]。而G.Doumy等人[G.Doumy，Ph.Martin，M.Pedrix，et al.Practical double plasma-mirror pulse cleaner forhigh-intensity femtosecond laser-plasma harmonics.Quantum Electronics and Laser ScienceConference(QELS)，2005：2021～2023]采用双等离子体镜滤波的方法将对比度提升了4×10⁴倍，获得了超过10¹¹的信噪比。但采用等离子体镜滤波存在转换效率低、光路调整复杂等问题。

发明内容