近期，中科院上海光機(jī)所高功率激光物理聯(lián)合實驗室針對高功率激光裝置納秒窗口脈沖信噪比測量中探測器易損傷和動態(tài)范圍有限的難題，提出并實現(xiàn)了一種基于激光成絲的新型測量方法，為相關(guān)測試提供了新的技術(shù)方案。相關(guān)成果以“Enhanced nanosecond-scale pulse contrast measurement for petawatt-class lasers based on laser filamentation.”為題發(fā)表在Optics and Lasers in Engineering上。

脈沖信噪比是評價拍瓦級激光系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)，納秒窗口的噪聲對高能激光實驗結(jié)果也具有不利影響。然而，傳統(tǒng)基于光電二極管的測量方法容易受到主脈沖損傷，導(dǎo)致測量準(zhǔn)確性和動態(tài)范圍受限，亟需更為可靠的測量手段。

針對上述問題，團(tuán)隊創(chuàng)新性地提出并實驗驗證了一種基于水中激光成絲效應(yīng)的納秒窗口脈沖信噪比測量方法。該方法利用激光與介質(zhì)相互作用產(chǎn)生的非線性光學(xué)衰減，有效保護(hù)了光電二極管，實現(xiàn)了高達(dá)40倍的主脈沖衰減，而對低強(qiáng)度預(yù)脈沖無影響。系統(tǒng)表現(xiàn)出優(yōu)異的長期穩(wěn)定性，光電二極管多次激光照射后仍能保持較高靈敏度，同時團(tuán)隊還搭建了高精度的信噪比測試校準(zhǔn)平臺，校準(zhǔn)時間窗口可達(dá)-10ns。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊在神光II皮秒拍瓦激光系統(tǒng)中開展了脈沖信噪比測量，測量動態(tài)范圍達(dá)到109。研究發(fā)現(xiàn)，不同光路配置下脈沖信噪比存在明顯差異，測量結(jié)果與理論預(yù)測及商用三階掃描互相關(guān)儀測量結(jié)果高度一致。進(jìn)一步提升入射能量有望將動態(tài)范圍擴(kuò)展至1010，為高功率激光裝置的高信噪比脈沖診斷提供了堅實的技術(shù)支撐。

圖1.基于非線性光學(xué)衰減效應(yīng)的納秒窗口脈沖信噪比測量光路示意圖

圖2.神光II 皮秒拍瓦激光系統(tǒng)中的脈沖信噪比測量結(jié)果：（a）納秒窗口脈沖信噪比測量（b）使用三階掃描互相關(guān)器的亞納秒窗口脈沖信噪比測量結(jié)果。

相關(guān)工作得到中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項以及國家自然科學(xué)基金等項目支持。

鏈接鏈接：https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2025.109232