基于相位共轭波的全时域信噪比提升技术

提出并研究一种全新的基于简并态四波混频相位共轭技术提升全时域信噪比的新方法和新技术。理论上系统地研究高效率、高稳定和高光束质量相位共轭波的产生及其提升信噪比的物理机制，分析其相位匹配和群速度匹配的原理，建立超快四波混频产生相位共轭波的理论模型；实验上依据理论模型对相位共轭波提升超短超强脉冲激光信噪比的系统方案进行优化设计，研究超快四波混频产生相位共轭波过程中提高转换效率、光束质量、稳定性等关键技术难题，实验上实现相位共轭波的信噪比约为输入信号光信噪比的三次方，并研究探索动态范围大、分辨率高的信噪比测量技术，最后研制相位共轭波提升超短超强激光信噪比的关键单元器件，为ICF快点火等强场物理领域的发展和我国发展超高功率大型激光装置的总体技术路线提供关键依据和单元技术基础，具有重要的学术意义和应用价值。

超短超强激光脉冲的信噪比是制约激光聚焦光强走向极端强场状态的重大技术瓶颈，不仅反映了激光系统的综合性能，而且对ICF快点火等强场物理领域的研究有着重要的影响，如何提高激光系统的信噪比是实现超高功率激光的一个总体性的技术问题，也是超短超强激光领域急需突破的核心技术之一。本项目开展了基于相位共轭波的激光脉冲信噪比提升技术的理论和实验研究，发展建立了四波混频产生相位共轭波的理论模型，进行了利用相位共轭波提升激光脉冲信噪比的理论研究；理论研究了基于高非线性玻璃的高效高光束质量的相位共轭波产生及其提升信噪比的关键技术；理论研究了硅基波导中的超连续谱产生技术；理论研究了基于相位敏感光参量放大的低噪声放大技术；理论研究了硅基波导中的高效中红外光学参量放大技术；提出并理论研究了利用非线性差频方法产生CEP稳定的闲频光进行相干合成产生宽光谱窄脉宽激光脉冲的新技术；设计并构建了高效高光束质量的20 mJ级OPCPA激光源；提出并实验验证了基于随机共振的弱光脉冲信号非线性重构和增强技术；研究了基于二硫化碳和钛酸锶晶体中非线性偏振旋转效应的高效激光脉冲信噪比控制与提升技术并进行了实验验证；研究了基于光克尔快门的单次激光脉冲信噪比测量技术；研究了基于相位共轭波的激光脉冲信噪比提升技术并进行了实验验证。本项目的研究结果为基于相位共轭波的激光脉冲信噪比提升技术应用于强场物理等领域以及相关科学前沿、相关战略高技术与交叉学科的创新发展提供了关键理论和技术基础。