[发明专利]基于光纤萨格奈克环的飞秒脉冲信噪比提升装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于光纤萨格奈克环的飞秒脉冲信噪比提升装置及方法。

背景技术

近年来，随着光学参量啁啾脉冲放大技术(OPCPA)的出现和不断发展，超短超强脉冲激光技术的研究实现了跨越式发展，美国劳仑斯·利佛莫尔实验室(LLNL)、日本大阪大学激光工程研究所(ILE)、英国卢瑟福实验室(RAL)、法国里梅尔实验室(Limeil)等都把这一技术与用于激光核聚变的高功率固体激光器相耦合，形成了全新的一代超短超强脉冲固体激光器，所获得的脉冲宽度一般为数十飞秒～数百飞秒，输出功率大多高于100TW，甚至超过1PW，聚焦功率密度高达10¹⁹～10²²W/cm²。这样的功率密度创造了实验室中前所未有的强电场、强磁场、高压强和高温度等极端物理条件，为强场物理和高能密度物理等许多领域的研究提供了强有力的工具，为科学家们探索新现象、新规律和可能的应用提供了关键技术基础和支撑。同时，超短超强脉冲激光技术的发展打开了许多与超强激光相融合的交叉学科和备受科学界关注的前沿领域，如ICF快点火、高能物理、高强度X射线辐照源、粒子加速、产生激光等离子体、产生中子、产生高次谐波、阿秒物理、天体物理等，给科学家们带来了未曾想到的一些新奇物理现象。然而，随着超短超强脉冲峰值功率的增加，强场物理实验对脉冲信噪比的要求也越来越高，尤其是当超短超强脉冲激光用于与物质相互作用有关的研究领域中时，其关键技术难题就是信噪比不高和预脉冲的存在。信噪比是指激光主脉冲峰值强度和预脉冲峰值强度或放大的自发辐射强度的比值，已经成为高功率激光系统最重要的参数之一，10¹²～10¹⁵量级的信噪比也已成为超高功率大型激光装置(拍瓦和艾瓦装置等)的重要指标。

目前，一般的超短超强激光系统的信噪比都在10⁶～10⁸量级，从而使放大的自发辐射或预脉冲的强度高达10¹⁴W/cm²，超过了大多数物质的电离阈值(10¹⁰-10¹¹W/cm²)，这样在主脉冲到达之前自发辐射和预脉冲就已经改变了原始的实验条件(如产生等离子体、破坏目标物等)，从而影响作用过程和改变作用机制，对实验结果和物理现象的分析产生重大影响。现在超短超强脉冲激光系统的信噪比问题并没有得到很好的解决，已成为制约ICF快点火等强场物理研究领域发展的瓶颈，影响着超短超强激光系统的总体性设计，是超短超强激光系统急需突破的关键核心技术之一。因此，探索全新的信噪比提升新方法和新技术就显得尤为重要。

发明内容

为了解决超短超强脉冲激光系统中的信噪比问题，本发明提供了一种基于光纤Sagnac环提高飞秒脉脉冲信噪比的装置及方法，本发明原理简单，结构紧凑，调试方便。

本发明的技术解决方案是：

基于光纤萨格奈克环的飞秒脉冲信噪比提升装置，其特殊之处在于：包括耦合器1和偏振控制器2，所述耦合器1的第一输入端11连接有输入光纤12，所述耦合器1的第二输入端41连接有输出光纤42，所述耦合器1的第一输出端21连接有第一光纤23，所述耦合器1的第二输出端31连接有第二光纤33，所述第一光纤23、第二光纤33以及耦合器1围成封闭环，所述偏振控制器2设置在封闭环上。

上述偏振控制器2设置在第一光纤和第二光纤的正中间。

装置进行飞秒脉冲信噪比提升方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1】飞秒脉冲通过输入光纤进入耦合器；

2】飞秒脉冲经过耦合器后分为沿相反方向传播的第一路光22和第二路光32：所述第一路光从第一输出端输出，并沿第一光纤传输，经过偏振控制器、第二光纤绕封闭环一周通过第二输出端进入耦合器；同时第二路光从第二输出端输出，并沿第二光纤传输，经过偏振控制器、第一光纤绕封闭环一周通过第一输出端进入耦合器；

3】第一路光和第二路光在耦合器中发生干涉并从耦合器的第二输入端输出光脉冲，并沿输出光纤传播。

本发明的优点是：

1、本发明采用光纤Sagnac环提升飞秒脉冲信噪比达4个量级。

2、能量损失小：本发明通过控制非线性相移和偏振可以实现高的转换效率。

3、较好的光束质量：本发明采用全光纤结构，使得输出光具有较好的光束质量。

4、输出脉冲时域波形良好，本发明的输出光脉冲和输入的脉冲波形相似，无畸变。