CN110221370B - 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
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 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110221370B CN110221370B CN201910495580.9A CN201910495580A CN110221370B CN 110221370 B CN110221370 B CN 110221370B CN 201910495580 A CN201910495580 A CN 201910495580A CN 110221370 B CN110221370 B CN 110221370B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- grating polarizing
- pulse
- polarizing film
- grating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 27
- 230000036278 prepulse Effects 0.000 claims abstract description 27
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 12
- 230000009022 nonlinear effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 6
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 6
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 6
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims description 2
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/18—Diffraction gratings
- G02B5/1809—Diffraction gratings with pitch less than or comparable to the wavelength
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/30—Polarising elements
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
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
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 (2)
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，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，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，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)，所述方法包括：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，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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910495580.9A CN110221370B (zh) | 2019-06-10 | 2019-06-10 | 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 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910495580.9A CN110221370B (zh) | 2019-06-10 | 2019-06-10 | 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 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110221370A CN110221370A (zh) | 2019-09-10 |
| CN110221370B true CN110221370B (zh) | 2021-06-15 |
Family
ID=67816188
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910495580.9A Active CN110221370B (zh) | 2019-06-10 | 2019-06-10 | 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 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110221370B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117559200B (zh) * | 2023-11-24 | 2024-07-16 | 清华大学 | 激光脉冲时域对比度增强方法及系统 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102009036037A1 (de) * | 2009-08-04 | 2011-02-10 | Friedrich-Schiller-Universität Jena | Vorrichtung zur Verbesserung des Kontrastverhältnisses eines Hochintensivlasers |
| CN103187680A (zh) * | 2011-12-27 | 2013-07-03 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种提升超短脉冲激光信噪比的装置及方法 |
| CN104102064A (zh) * | 2014-06-10 | 2014-10-15 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种提升高能短脉冲激光信噪比的方法 |
| CN104349569A (zh) * | 2014-10-30 | 2015-02-11 | 北京大学 | 一种基于等离子体透镜的激光离子加速系统及其加速方法 |
-
2019
- 2019-06-10 CN CN201910495580.9A patent/CN110221370B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102009036037A1 (de) * | 2009-08-04 | 2011-02-10 | Friedrich-Schiller-Universität Jena | Vorrichtung zur Verbesserung des Kontrastverhältnisses eines Hochintensivlasers |
| CN103187680A (zh) * | 2011-12-27 | 2013-07-03 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 一种提升超短脉冲激光信噪比的装置及方法 |
| CN104102064A (zh) * | 2014-06-10 | 2014-10-15 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种提升高能短脉冲激光信噪比的方法 |
| CN104349569A (zh) * | 2014-10-30 | 2015-02-11 | 北京大学 | 一种基于等离子体透镜的激光离子加速系统及其加速方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 宽光束进入展宽器提高输出脉冲对比度分析;杨庆伟 等;《光子学报》;20080531;第37卷(第5期);891-895 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110221370A (zh) | 2019-09-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Vincenti et al. | Optical properties of relativistic plasma mirrors | |
| Yogo et al. | Boosting laser-ion acceleration with multi-picosecond pulses | |
| Fujioka et al. | Pure-tin microdroplets irradiated with double laser pulses for efficient and minimum-mass extreme-ultraviolet light source production | |
| Tokita et al. | Strong sub-terahertz surface waves generated on a metal wire by high-intensity laser pulses | |
| Palaniyappan et al. | Dynamics of relativistic transparency and optical shuttering in expanding overdense plasmas | |
| Thaury et al. | Plasma mirrors for ultrahigh-intensity optics | |
| Shan et al. | Generation of the attosecond extreme ultraviolet supercontinuum by a polarization gating | |
| Chatziathanasiou et al. | Generation of attosecond light pulses from gas and solid state media | |
| Schnell et al. | Optical control of hard X-ray polarization by electron injection in a laser wakefield accelerator | |
| Pirozhkov et al. | Attosecond pulse generation in the relativistic regime of the laser-foil interaction: The sliding mirror model | |
| Cummins et al. | Optimizing conversion efficiency and reducing ion energy in a laser-produced Gd plasma | |
| Kuramitsu et al. | Robustness of large-area suspended graphene under interaction with intense laser | |
| KR20140036192A (ko) | 극자외선 광 생성 시스템 및 방법 | |
| Inoue et al. | Single plasma mirror providing 104 contrast enhancement and 70% reflectivity for intense femtosecond lasers | |
| Duff et al. | High order mode structure of intense light fields generated via a laser-driven relativistic plasma aperture | |
| CN107421910A (zh) | 基于波面倾斜方法的超短脉冲泵浦的太赫兹强场系统 | |
| CN110221370B (zh) | 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 | |
| Petrakis et al. | Electron quantum path control in high harmonic generation via chirp variation of strong laser pulses | |
| Wu et al. | Dynamics of laser produced plasma from foam targets for future nanolithography devices and X-ray sources | |
| CN108983428B (zh) | 一种减小激光聚焦光斑尺寸的方法及装置 | |
| CN106647096A (zh) | 一种双开关脉冲的飞秒光克尔门及其实现方法 | |
| Strehlow et al. | A laser parameter study on enhancing proton generation from microtube foil targets | |
| Wang et al. | Spatio-temporal coupling controlled laser for electron acceleration | |
| Li et al. | Generation of single circularly polarized attosecond pulses from near-critical density plasma irradiated by a two-color co-rotating circularly polarized laser | |
| Lin et al. | Towards isolated attosecond electron bunches using ultrashort-pulse laser-solid interactions |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |