皮秒拍瓦激光的时间-光谱特性研究

Research on temporal-spectrum relation of picosecond pettawatt laser is used to fulfill requirement of fast ignition experiment for pulse width and rise time, and requirement of laser technology for shorter compressed pulse and higher focused intensity. Advantage of this research is the function of diagnostics for pulse shape, rise time and spectrum phase of pettawatt laser, which provide measurement data for fast ignition experiment and laser facility performance. The expected targets are five. 1) Provide precise solution for larger energy, picosecond, single-shot pulse with stability RMS<5%. 2)Temporal range is 0.5-15ps, resolution is 0.1ps, and provide analysis on rise time. 3)Spectrum range is 1043-1063nm, resolution is 0.5nm. 4)Provide analysis on nonlinear chirpped pulse. 5)Research on relationship between pulse width, spectrum and pulse contrast, and provide diagnostic tool for improving pulse contrast. This research adopts technique of big angle non-collinear, cross-correlation to diagnose large energy, pico-second, single-shot pulse. And it also uses grating and non-linear technique to check out and analysis spectrum information.

开展皮秒拍瓦激光的时间-光谱特性研究，是为了满足快点火物理实验对于脉宽和上升沿的测试技术要求，以期获得更短的压缩脉冲从而获得更高的聚焦功率密度。本方案的特色在于，能够提供皮秒拍瓦激光的波形、上升沿和光谱相位分析功能，为快点火实验和激光器运行提供监测数据。研究目标为1）提供大能量、皮秒、单次脉冲的精密测试方案，数据测试稳定性RMS<5%；2）时间测量范围为0.5-15ps，分辨率达到0.1ps，能够分辨上升沿；3）光谱测量范围为1043-1063nm，分辨率为0.5nm；4）能够判断被测啁啾脉冲的非线性度；5）研究脉宽、光谱与信噪比之间的变化关系，为信噪比的改善提供新的监测手段。研究的技术路线为采用大角度非共线互相关技术实现大能量、皮秒量级、单次脉冲的时间特性分析，并采用光栅和非线性拟合技术实现光谱特性的提取和分析。

为了满足快点火实验对于皮秒拍瓦激光的时间特性要求，该项目采用了基于单次互相关原理的时间-光谱正交分析方法，并结合现有的皮秒参数测量系统，开展了皮秒级、大能量、单次脉冲的时间（脉冲宽度、时间波形、信噪比等参数）-光谱的诊断技术研究。.该项目首先建立了一套专用的测试设备。在互相关信号的传输阶段安装了一个色散元件（透射型衍射光栅），在正交方向上实现时间参数和光谱参数的分离，然后通过CCD相机实现二维图像上的两个参数独立、同时测量。在离线测试中，该测试设备的时间测量范围为0.3-45.8ps，分辨率为0.09ps；光谱测量范围为920.1-1185.9nm，分辨率为0.5nm；能够定性判断被测啁啾脉冲的非线性度。这些技术指标满足了预期的研究目标，即时间测量范围为0.5-15ps，分辨率为0.1ps；光谱测量范围为1043-1063nm，分辨率为0.5nm；能够判断被测啁啾脉冲的非线性度。进一步的分析表明，采用特征点识别技术能够从互相关曲线中恢复得到被测脉冲的时间波形，从而具备了分辨上升沿的能力。.在皮秒参数测量系统中，将一块反射镜更换为分光镜之后，被测脉冲的透射部分进入该测试设备。通过与现有皮秒参数测量系统的耦合，该项目完成了大能量、皮秒、单次脉冲的精密测试方案的验证。在实验中，实现了5J@1ps、100J@3ps、206J@10ps条件下的数据采集和分析，得到了被测脉冲的时间波形。在该项目执行过程中，还研究了脉宽、时间波形与信噪比之间的变化关系，得到了各项参数的实验数据。.综上所述，该项目提出并完成了皮秒拍瓦激光时间-光谱特性研究的精密测试方案的验证，测试设备的技术指标均已满足预期的研究目标，各项研究内容也基本完成。