近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場(chǎng)激光物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究人員在脈沖種子信噪比提升方面和脈沖放大過(guò)程中相干噪聲抑制方面取得進(jìn)展。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表于《光學(xué)快報(bào)》(Optics Letters)。

超強(qiáng)超短激光中的時(shí)域脈沖信噪比高低，決定了許多物理實(shí)驗(yàn)特別是固體靶相關(guān)實(shí)驗(yàn)的成敗，因此是超強(qiáng)超短激光裝置的一個(gè)非常關(guān)鍵的指標(biāo)。目前，提升脈沖信噪比方法除了壓縮后脈沖凈化技術(shù)，還可以是通過(guò)高信噪比種子脈沖注入，同時(shí)控制放大過(guò)程中的噪聲放大獲得高信噪比的放大脈沖。

研究人員利用激光脈沖時(shí)域上噪聲和主脈沖的強(qiáng)度差別引起的自聚焦效應(yīng)差別：主脈沖部分可以通過(guò)薄片堆獲得空間上級(jí)聯(lián)聚焦，而噪聲部分由于自聚焦效應(yīng)的缺失隨傳播距離發(fā)散。這樣，通過(guò)小孔濾波，可以實(shí)現(xiàn)激光主脈沖和噪聲的空間分離，從而達(dá)到信噪比提升的效果。激光薄片堆中的自相位調(diào)制同時(shí)引起脈沖光譜展寬，通過(guò)色散補(bǔ)償可以獲得周期量級(jí)脈沖輸出。這里，采用一個(gè)簡(jiǎn)單裝置同時(shí)實(shí)現(xiàn)脈沖信噪比提升和光譜展寬，大大簡(jiǎn)化了之前獲得高信噪比周期量級(jí)脈沖常用的兩步走技術(shù)，即：先通過(guò)脈沖凈化技術(shù)獲得高信噪比脈沖，再通過(guò)非線性光譜展寬技術(shù)獲得周期量級(jí)脈沖輸出。

另外，研究人員在之前針對(duì)釹玻璃啁啾脈沖放大激光設(shè)計(jì)的雙透鏡型Martinez展寬器的基礎(chǔ)上（IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 24, 8800506 (2018).），設(shè)計(jì)了基于800nm寬帶激光脈沖的雙反射鏡型Martinez展寬器，該展寬器可以有效避免傳統(tǒng)展寬器內(nèi)的遠(yuǎn)場(chǎng)譜相位噪聲，同時(shí)避免色差，有效抑制放大脈沖的相干噪聲基座。在實(shí)驗(yàn)室單次拍瓦激光裝置上成功將主脈沖前10ps處的噪聲基底控制在10-10的水平（放大脈沖1.7J），與之前的結(jié)果比較提升4個(gè)量級(jí)。下一步研究計(jì)劃進(jìn)一步改善激光裝置的預(yù)脈沖噪聲，此外，這項(xiàng)技術(shù)后續(xù)將進(jìn)一步應(yīng)用到SULF和SEL裝置獲得高信噪比輸出。

圖1 自聚焦信噪比提升原理圖

圖2 信噪比提升結(jié)果：原信噪比（黑線）和提升后信噪比（紅線）

圖3 Martinez展寬器（a）正視圖 （b）側(cè)視圖

圖4 放大脈沖信噪比測(cè)量結(jié)果Offner展寬器（藍(lán)線）Martinez展寬器（紅線）

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