CN110221370A - 一种利用等离子体光栅偏振透镜提高激光脉冲对比度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种利用等离子体光栅偏振透镜提高激光脉冲对比度方法，包括等离子体光栅偏振透镜和激光脉冲，等离子体光栅偏振透镜包括光栅偏振薄膜和边框，在光栅偏振薄膜上设置有周期性的平行狭缝，光栅偏振薄膜安装在边框内，激光脉冲包含低强度的激光预脉冲和高强度的激光主脉冲，激光预脉冲先与光栅偏振薄膜相互作用，光栅偏振薄膜起到检偏器的作用，激光预脉冲中偏振方向与光栅偏振薄膜透光轴方向垂直的分量经过光栅偏振薄膜后被大幅度减弱，随后激光主脉冲与光栅偏振薄膜相互作用，光栅偏振薄膜被进一步电离，由于有质动力和相对论性非线性效应，激光主脉冲经过光栅偏振薄膜聚焦增强并透射，提高激光脉冲的时间对比度。

Description

一种利用等离子体光栅偏振透镜提高激光脉冲对比度方法

技术领域

本发明涉及超强超短激光技术领域，尤其涉及一种利用等离子体光栅偏振透镜提高激光脉冲对比度方法。

背景技术

超强超短激光装置的迅猛发展使得激光聚焦强度进一步提高，人类可以在实验室产生只有在恒星内部或黑洞边沿才能找到的极端物理条件，为新型激光粒子源、激光辐射源、实验室天体物理、聚变能源等前沿战略高技术领域的创新发展提供原理依据和科学基础。但是这些前沿领域强场激光物理实验通常需要超强超短激光脉冲同时具有超高的时间对比度，提高超强超短激光脉冲对比度的方法日益成为研究重点。通常是在超强超短激光的产生阶段、聚焦之前尽量提高激光脉冲对比度，但在更高激光强度情况下非常困难。另一种办法是在激光脉冲聚焦之后，利用激光主脉冲和激光预脉冲与物质相互作用的差异，进一步提高激光主脉冲强度或者更大程度地减弱激光预脉冲的强度，分别对应等离子体透镜和等离子体镜(反射镜)方法。一般地，等离子体透镜需要严格控制预等离子体的密度或由于电离差异对激光预脉冲透明，影响后续激光主脉冲与靶的相互作用过程；而等离子体镜对激光脉冲能量的影响很大，经过等离子体镜反射后激光主脉冲的能量甚至衰减到不到原来的一半。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种利用等离子体光栅偏振透镜提高激光脉冲对比度方法。该发明应具有原理清晰、结构简单、操作方便、激光预脉冲透射率低和激光主脉冲透射增强的特点。

本发明的技术解决方案如下：

一种利用等离子体光栅偏振透镜提高激光脉冲对比度方法，包括等离子体光栅偏振透镜和激光脉冲，等离子体光栅偏振透镜包括光栅偏振薄膜和边框，在光栅偏振薄膜上设置有周期性的平行狭缝，光栅偏振薄膜安装在边框内，激光脉冲包含低强度的激光预脉冲和高强度的激光主脉冲，激光预脉冲先与光栅偏振薄膜相互作用，光栅偏振薄膜起到检偏器的作用，激光预脉冲中偏振方向与光栅偏振薄膜透光轴方向垂直的分量经过光栅偏振薄膜后被大幅度减弱，随后激光主脉冲与光栅偏振薄膜相互作用，光栅偏振薄膜被进一步电离，由于有质动力和相对论性非线性效应，激光主脉冲经过光栅偏振薄膜进一步聚焦增强并透射，使得透射光中激光主脉冲和激光预脉冲的强度比值显著增大，提高激光脉冲的时间对比度。

为实现本发明进一步优化，进一步的措施是：所述的光栅偏振薄膜由金或铜或银或铝或钨或石墨烯材料制成，光栅偏振薄膜的厚度为0.01μm-200μm。所述的平行狭缝的宽度为0.01μm-20μm，相应光栅常数为0.02μm-50μm。所述的边框由铜或铝或金或银或钨或碳材料制成，边框为圆形或方形，边框的横向尺寸为5μm-50mm。

本发明的原理如下：

光栅是许多光学系统中的常用光学元件，当光栅常数接近或者小于入射光波长时，将表现出偏振特性，可以用来制作偏振光检测器等各种偏光器件。低强度的激光预脉冲先与等离子体光栅偏振透镜相互作用，其中的光栅偏振薄膜起到检偏器的作用，当激光预脉冲偏振方向与光栅偏振薄膜透光轴方向垂直，激光预脉冲经过光栅偏振薄膜后被大幅度减弱；随后高强度的激光主脉冲与光栅偏振薄膜相互作用，光栅偏振薄膜进一步电离，由于有质动力和相对论性非线性效应，激光主脉冲经过光栅偏振薄膜进一步聚焦增强并透射，在透射光中，激光主脉冲与激光预脉冲的强度比值显著增大，从而实现提高激光脉冲对比度的目的。

本发明的优点：

1、可以将激光预脉冲的强度减低几个数量级，有效减弱甚至消除激光预脉冲对激光-靶相互作用的影响，使各种微结构靶更为有效。

2、有狭缝开孔的光栅相比平面薄膜有更高的透射率，激光主脉冲经过光栅偏振薄膜后，强度增强并具有更高的能量透射率，且不需要超高密度反射层的作用。

3、等离子体光栅偏振透镜的位置可以灵活设置在激光脉冲聚焦镜(如离轴抛物镜)和靶之间，综合了激光预脉冲透射衰减、激光主脉冲透射增强双重效果来提高激光脉冲对比度。

4、该发明具有原理清晰、结构简单、操作方便、激光预脉冲透射率低和激光主脉冲透射增强的特点。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明一种利用等离子体光栅偏振透镜提高激光脉冲对比度方法的示意图。

图中：1、等离子体光栅偏振透镜，2、激光脉冲，101、光栅偏振薄膜，10101、平行狭缝，102、边框，201、激光预脉冲，202、激光主脉冲。

具体实施方式

参见附图1：一种利用等离子体光栅偏振透镜提高激光脉冲对比度方法，包括等离子体光栅偏振透镜1和激光脉冲2，等离子体光栅偏振透镜1由光栅偏振薄膜101和边框102组成，光栅偏振薄膜101上设置有周期性的平行狭缝10101，光栅偏振薄膜10101安装在边框内102，激光脉冲2包含低强度的激光预脉冲201和高强度的激光主脉冲202，激光预脉冲201先与光栅偏振薄膜101相互作用，光栅偏振薄膜101起到检偏器的作用，激光预脉冲201中偏振方向与光栅偏振薄膜101透光轴方向垂直的分量经过光栅偏振薄膜101后被大幅度减弱，随后激光主脉冲202与光栅偏振薄膜101相互作用，光栅偏振薄膜101被进一步电离，由于有质动力和相对论性非线性效应，激光主脉冲202经过光栅偏振薄膜101增强并透射，提高激光脉冲2的时间对比度。所述的光栅偏振薄膜101由金或铜或银或铝或钨或石墨烯材料制成，光栅偏振薄膜101的厚度为0.01μm-200μm。所述的平行狭缝10101的宽度为0.01μm-20μm，相应光栅常数为0.02μm-50μm。所述的边框102由金或铜或银或铝或钨或石墨烯材料制成，边框102为圆形或方形，边框102的横向尺寸为5μm-50mm。

实施例：偏振方向与光栅偏振薄膜101透光轴方向垂直的线偏振激光脉冲2包含有低强度的激光预脉冲201和高强度的激光主脉冲202，激光预脉冲201先与光栅偏振薄膜101相互作用，光栅偏振薄膜101起到检偏器的作用，激光预脉冲201经过光栅偏振薄膜101被大幅度减弱，随后激光主脉冲202与光栅偏振薄膜101相互作用，光栅偏振薄膜101被进一步电离，由于有质动力和相对论性非线性效应，激光主脉冲202经过光栅偏振薄膜101增强并透射，提高激光脉冲1的时间对比度。

在本实施例中，激光脉冲2为线偏振，将透光轴方向相互垂直的两层光栅偏振薄膜101重叠，则可以用于激光脉冲2为圆偏振的情形。该发明具有原理清晰、结构简单、操作方便、激光预脉冲透射率低和激光主脉冲透射增强的特点，可以用于超强超短激光装置进一步提高激光脉冲对比度，特别是用于各种小型化激光粒子加速装置。

Claims (4)

1.一种利用等离子体光栅偏振透镜提高激光脉冲对比度方法，其特征在于，包括等离子体光栅偏振透镜(1)和激光脉冲(2)，等离子体光栅偏振透镜(1)包括光栅偏振薄膜(101)和边框(102)，在光栅偏振薄膜(101)上设置有周期性的平行狭缝(10101)，光栅偏振薄膜(101)安装在边框(102)内，激光脉冲(2)包含低强度的激光预脉冲(201)和高强度的激光主脉冲(202)，激光预脉冲(201)先与光栅偏振薄膜(101)相互作用，光栅偏振薄膜(101)起到检偏器的作用，激光预脉冲(201)中偏振方向与光栅偏振薄膜(101)透光轴方向垂直的分量经过光栅偏振薄膜后被大幅度减弱(101)，随后激光主脉冲(202)与光栅偏振薄膜(101)相互作用，光栅偏振薄膜(101)被进一步电离，由于有质动力和相对论性非线性效应，激光主脉冲(202)经过光栅偏振薄膜(101)聚焦增强并透射，提高激光脉冲(2)的时间对比度。

2.根据权利要求1所述的一种利用等离子体光栅偏振透镜提高激光脉冲对比度方法，其特征在于，所述的光栅偏振薄膜(101)由金或铜或银或铝或钨或石墨烯材料制成，光栅偏振薄膜(101)的厚度为0.01μm-200μm。

3.根据权利要求1所述的一种利用等离子体光栅偏振透镜提高激光脉冲对比度方法，其特征在于，所述的平行狭缝(10101)的宽度为0.01μm-20μm，相应光栅常数为0.02μm-50μm。

4.根据权利要求1所述的一种利用等离子体光栅偏振透镜提高激光脉冲对比度方法，其特征在于，所述的边框(102)由金或铜或银或铝或钨或碳材料制成，边框(102)为圆形或方形，边框(102)的横向尺寸为5μm-50mm。