飞秒激光脉冲对比度提升与降低技术研究

Ultra-intense and and ultra-short laser systems have undergone a rapid development with the development of laser technology, which provides unprecedented new methods and extreme conditions for human beings. With the increasing of the focused peak power intensity of laser pulses, temporal contrast enhancement and measurement of the laser pulses are two problems of vital important. This project is aimed at these two problems. Combined with the research foundation of our group, on the one hand, we will further explore the self-diffraction (SD) effect for the improvement of the temporal contrast of laser pulses, and obtain ultra-high contrast pulse output with a contrast higher than 10^12. The conversion efficiency, high power generation and compensation of the angular dispersion of SD signal generated will be studied. The application of the SD effect in the ultra-intense and and ultra-short laser systems will be explored. On the other hand, the method of reducing the temporal contrast of the laser pulse will be further explored, and the temporal contrast reduction of 2-3 orders of magnitude that enabling single-shot measurement of temporal contrast below 10^12 will be studied in the project.

超强超短激光系统随着激光技术的发展而得到了快速发展，为人类提供了前所未有的全新的实验手段和极端的物理条件。随着超强超短激光脉冲聚焦峰值功率密度的不断提升，激光脉冲的对比度提升和对比度测量，是当前超强超短激光系统本身，和其应用发展，所面临的亟待解决的两大难题。本项目针对于这两大科学难题，并结合课题组的研究基础，一方面进一步探索自衍射（SD）效应对于飞秒激光脉冲对比度的提升，获得对比度高于10的12次方的超高对比度脉冲输出，提升所产生的SD信号的转化效率和能量，研究SD效应所产生的高阶空间角色散的补偿为题，并探索SD效应在超强超短激光脉冲系统中的应用。另一方面，进一步探索激光脉冲的对比度降低方法，实现2-3个数量级的对比度降低，从而使得能对对比度在10的12次方以下的超强超短激光脉冲进行单发测量。

超强超短激光系统所能提供的极端物理条件，使其在实验室天体物理、激光质子加速、反物质探索等前沿领域都有重要的应用。对超强超短激光系统而言，输出脉冲的对比度提升和对比度测量，是其应用和发展所面临的亟待解决的两大难题。本项目针对于这两大难题，开展了研究工作。针对于对比度提升，我们探索了利用自衍射效应来产生高能、高对比度的自衍射信号，并将其作为超强超短激光系统种子光源的可能行。自衍射效应由于其非共线的光路结构，所产生的信号光具有一定的角色散，我们展开探索，发现角色散可以通过棱镜转化为空间色散，并探索了空间色散对于激光脉冲最终应用的影响。经过理论和实验证明，适量的空间色散对于最终脉冲在远场的利用几乎没有影响，由于自衍射信号的角色散较低，其影响更是可以忽略，并且通过棱镜对或者非对称四光栅压缩器额外的引入空间色散，还能降低光斑调制度，从而降低热点对于光学器件，尤其是压缩器最后一块光栅的损伤，这对于超强超短激光系统进一步提升压缩器所能承受的能量是一个创新方案。针对于对比度测量，我们提出了基于四阶自相关仪的高动态范围对比度单发测量新方法，该方法由于其干净的取样光，使其具有较高的测量保真度。该方法已经实现了10^12单发测量动态范围，窗口宽度达到了68 ps，时间分辨率达到了200 fs，处于当下单发对比度测量的较高水准。