近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所強(qiáng)場激光物理國家重點(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)，還可以是通過高信噪比種子脈沖注入，同時(shí)控制放大過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薄片堆獲得空間上級聯(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，通過色散補(bǔ)償可以獲得周期量級脈沖輸出。

　　這里，采用一個(gè)簡單裝置同時(shí)實(shí)現(xiàn)脈沖信噪比提升和光譜展寬，大大簡化了之前獲得高信噪比周期量級脈沖常用的兩步走技術(shù)，即：先通過脈沖凈化技術(shù)獲得高信噪比脈沖，再通過非線性光譜展寬技術(shù)獲得周期量級脈沖輸出。

　　另外，研究人員在之前針對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的負(fù)10次方的水平（放大脈沖1.7J），與之前的結(jié)果比較提升4個(gè)量級。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。

　　相關(guān)工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、上海市科技重大專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的支持。

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