近日，中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室在钛宝石多通放大器散射噪声抑制方面取得进展。研究提出了多通放大器中通常被忽视的散射噪声造成的纳秒域信噪比下降问题，并且给出了抑制散射噪声的新的多通放大器构型。该研究成果将SULF-10拍瓦纳秒域信噪比提升两个数量级以上，达到10^-10量级。相关成果以“Suppressing scattering-induced nanosecond pre-pulses in Ti:sapphire multi-pass amplifiers”为题发表于Optics Letters。

　　由于体材料不均匀性以及表面质量缺陷，散射噪声广泛存在于大型激光系统中。已有的研究工作发现光栅表面的散射噪声会导致啁啾脉冲放大系统中皮秒域信噪比恶化；在光参量啁啾脉冲放大系统中，镜片的散射噪声也被证明会降低泵浦光转化效率。然而长期以来，钛宝石多通放大器其中由于表面粗糙度和损伤所导致的纳秒域散射噪声却没有得到有效的研究。

　　针对该问题，研究人员通过分析传统多通放大器中透射散射和反射散射噪声的引入机制，总结了两种噪声的时域分布规律（图1）。研究人员进一步定量测量了传统多通放大器中透射和反射散射噪声强度同散射角度关系，发现在3°-15°范围内，随着散射角度增加，散射噪声急剧地下降两个数量级。基于该演变规律，研究人员提出一种新型抑制散射噪声多通放大器构型（图2(c)）。该构型有效地增加了散射噪声同主脉冲之间的角度，从而将由于散射所导致的纳秒预脉冲信噪比提升了两个数量级以上（图3(b)）。该研究工作揭示了啁啾脉冲放大激光器广泛使用的多通放大器由于散射引入纳秒预脉冲的机制，并提供了一种简单经济的多通优化构型，可用于拍瓦级激光装置中纳秒域信噪比提升。研究结果将有助于高能离子加速试验，并在惯性约束聚变等诸多研究领域存在潜在应用价值。

　　相关工作得到了国家自然科学基金、上海优秀学术/技术带头人计划、上海市科技重大项目、上海市自然科学基金、中科院青年创新促进会、中国科学院国际合作项目等项目的支持。

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图1 钛宝石多通放大器中纳秒散射噪声时域分布规律

图2 (a)多通放大器中散射噪声测量装置示意图；(b)钛宝石多通放大器中散射噪强度同散射角度关系；(c)抑制多通散射噪声的新型多通放大器构型

图3 (a)传统多通放大器中散射噪声测量结果；(b)采用抑制散射噪声新型多通放大器后纳秒域信噪比