上海光机所：助力超强激光种子源对比度提升四个数量级！

点击上方 激光评论 关注我们

····

····

····

激光脉冲时域对比度

····

····

····

超强超短激光技术为科学家研究极端物理条件下的物理现象提供了有力的工具。在强场激光物理研究领域，如高次谐波产生、惯性约束核聚变快点火、激光高能粒子加速、阿秒科学研究等都需要高强度的超短激光脉冲作为光源。随着脉冲放大技术的不断发展，科学家能够获得的激光脉冲的峰值功率越来越高，目前已经达到了PW量级，其聚焦功率密度已经达到了 10²³ W/cm²量级。在这样极端的聚焦功率密度下，超强超短激光脉冲的时域对比度成为衡量脉冲质量的一个重要参数。

超强超短激光脉冲的时域对比度的定义为主脉冲强度与其它卫星脉冲或放大自发辐射强度的比值。目前典型的振荡器或放大器输出脉冲的对比度为 10^6-8。当主脉冲聚焦功率密度达到 10^16-18 W/cm²量级时，其预脉冲的聚焦功率密度便有可能使得靶物质材料气化并产生等离子体（一般固体材料的电离阈值在 10^10-12  W/cm²量级）。这些等离子体随时间的增加迅速扩散，其密度迅速下降。这样激光主脉冲实际上是与这些低密度的等离子体发生相互作用，从而对整个强场激光物理实验造成影响。因此，提升激光脉冲时域对比度对于超强激光系统必不可少。

····

····

····

高时域对比度飞秒激光

····

····

····

近日，上海光机所强场激光物理国家重点实验室利用光参量放大技术结合倍频技术实现了将脉冲时域对比度从7次方提升到11次方，提升了四个数量级，获得了重复频率为1 kHz单脉冲能量为112 μJ针对钕玻璃放大波段的超强激光种子源。该装置将中心波长为1036 nm的激光脉冲通过基于BBO晶体的非线性光参量放大技术变换到中心波长为2106 nm的激光脉冲，再利用倍频过程，最终输出中心波长为1053 nm的激光脉冲，既实现了中心波长的变换又提升了激光时域对比度。

成果发表在High Power Laser Science and Engineering 2023年第1期的文章。

（Liya Shen, Yanyan Li, Wenkai Li, et al. High temporal contrast 1053 nm laser source based on optical parametric amplification and second-harmonic generation[J]. High Power Laser Science and Engineering, 2023, 11(1): 010000e1）

该激光种子源系统的结构如图1(a)所示，包括超连续谱的产生与两级非共线光参量放大三部分，其中非共线光参量放大具体结构如图1(b)所示。整个飞秒激光系统最终输出脉冲时域对比度如图2(a)所示，对比度测量已达到仪器的测量极限。利用频率分辨光学开关（Frequency Resolved Optical Gating，FROG）测量其脉冲宽度为70 fs，接近傅里叶变换极限脉宽,其光谱与时域如图2(b)和(c)所示。

图1 飞秒激光系统结构图

(a)由超连续谱产生和两级非共线光参量放大及倍频构成光路；(b)两级非共线放大详图

图2 (a)激光系统输出时域对比度; (b)FROG测量反演光谱与实际光谱; (c)FROG测量反演时域与傅里叶变换极限

光参量放大与倍频皆可提升时域对比度，两者结合提升效果更明显。本工作为钕玻璃超强激光系统提供优质可靠的种子源，相较于其他时域对比度提升方案，本方案具备波长的可变化性，使得整个装置更加灵活。同时，获得的1 μm激光脉冲载波包络相位是被动稳定的，为开展强场物理实验奠定基础。

····

····

····

总结与展望

····

····

····

该飞秒激光系统可作为基于钕玻璃等增益介质的超强激光系统种子源。未来将继续利用该方法以期实现显著提升时域对比度，同时获得更高光-光转化效率。

编辑 | 周琦雅

依托High Power Laser Science and Engineering期刊，我们建立了高功率社区（Community），每周定期更新领域内最新研究成果、会议、装置、人事等新闻。欢迎各位研究学者在线浏览。

高功率社区新闻速递：

1.  CLF正在召集用户，申请时间截止到2023年5月5日，开放时间为2023年11月-2024年5月。

2. 近日，桑迪亚实验室在光束控制方面取得突破：展示了动态控制传统的光脉冲（即所谓的非相干光源）的能力。

END

报道激光物理、技术及应用最新进展
邀请主编、作者、编辑以及您来评论如需转载   请直接留言
商务合作请联系季先生 18018304797（微信手机同号）

扫描

微信矩阵

了解更多精彩

中国激光杂志社

爱光学

光电汇