科研动态
强激光时空噪声的测量与甄别

日期:2015-02-26 阅读:1046

信息来源:钱列加研究组

超短超强激光的脉冲信噪比(即主峰强度与噪声的比值)是当激光聚焦光强走向极端强场状态时的重大技术挑战,而实时、单次测量是解决信噪比问题的前提条件。之前国际上信噪比单次测量只是处于技术摸索阶段,关键指标“测量动态范围”不到106,远远达不到应用要求(>109)。基于光纤列阵探测系统、非线性互相关新构型、高保真度测量等三项美国专利技术发明,我们实现了>1010的超高动态范围测量能力【Sci. Rep. 4, 3818(2014)】,超过国际报道最好指标4个数量级。研发了1053nm和800nm两个不同波长版本的信噪比单次测量仪,分别应用于中科院/中物院上海联合实验室的高能钕玻璃拍瓦(1015W)激光系统以及中科院上海光机所强场物理国家重点实验室、北京物理所光物理重点实验室的两套钛宝石强激光系统,代表着世界范围内首批成功的工程应用。作为特种设备与强激光系统一起共同构成完备的实验运行装备,及时解决了国家重大专项工程建设的迫切需求。

时空2D互相关器的示意图说明:线聚焦的待测脉冲(T)与大光斑的干净取样脉冲(S)在BBO晶体中进行非共线和频,该非线性过程揭示了待测脉冲的2D时空信息,从而可构建2D时空互相关器。互相关信号经过成像传递,由扫描光纤阵列/光电倍增管探测系统测量和记录。

噪声是强激光的脉冲信噪比问题的核心,决定着强场物理实验的效果。最近,实验室博士后马金贵等发现强激光噪声具有时空耦合的特征,在时空噪声测量和研究方面取得了重要进展:(1)建立了时空互相关测量的全新技术能力(见上图及说明),可在时空2D大窗口内高动态范围地测量激光脉冲的噪声分布;(2)阐明了强激光噪声的一种产生机制,脉冲展宽/压缩器元件的光学质量(表面粗糙度)将引发时空噪声;(3)澄清了强场物理实验中的一个学术问题,在光束聚焦位置处的测量结果代表着真正意义上的脉冲信噪比;(4)为强激光系统提供了一个设计准则,高信噪比要求在展宽/压缩器中避免远场光学元件。该成果近期以上海交通大学物理与天文系为第一单位发表于Nature Communications【Nat. Commun. 6, 6192 (2015)】。

本工作得到了国家重点基础研究发展计划(Grant No. 2013CBA01500)和国家自然科学基金创新群体项目(Grant No.11421064)的资助。

 

 

 

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