上海光机所在高功率激光装置纳秒窗口脉冲信噪比测量方面取得新进展

近期，中科院上海光机所高功率激光物理联合实验室针对高功率激光装置纳秒窗口脉冲信噪比测量中探测器易损伤和动态范围有限的难题，提出并实现了一种基于激光成丝的新型测量方法，为相关测试提供了新的技术方案。相关成果以“Enhanced nanosecond-scale pulse contrast measurement for petawatt-class lasers based on laser filamentation.”为题发表在Optics and Lasers in Engineering上。

脉冲信噪比是评价拍瓦级激光系统性能的重要指标，纳秒窗口的噪声对高能激光实验结果也具有不利影响。然而，传统基于光电二极管的测量方法容易受到主脉冲损伤，导致测量准确性和动态范围受限，亟需更为可靠的测量手段。

针对上述问题，团队创新性地提出并实验验证了一种基于水中激光成丝效应的纳秒窗口脉冲信噪比测量方法。该方法利用激光与介质相互作用产生的非线性光学衰减，有效保护了光电二极管，实现了高达40倍的主脉冲衰减，而对低强度预脉冲无影响。系统表现出优异的长期稳定性，光电二极管多次激光照射后仍能保持较高灵敏度，同时团队还搭建了高精度的信噪比测试校准平台，校准时间窗口可达-10ns。在此基础上，团队在神光II皮秒拍瓦激光系统中开展了脉冲信噪比测量，测量动态范围达到109。研究发现，不同光路配置下脉冲信噪比存在明显差异，测量结果与理论预测及商用三阶扫描互相关仪测量结果高度一致。进一步提升入射能量有望将动态范围扩展至1010，为高功率激光装置的高信噪比脉冲诊断提供了坚实的技术支撑。

图1.基于非线性光学衰减效应的纳秒窗口脉冲信噪比测量光路示意图

图2.神光II 皮秒拍瓦激光系统中的脉冲信噪比测量结果：（a）纳秒窗口脉冲信噪比测量（b）使用三阶扫描互相关器的亚纳秒窗口脉冲信噪比测量结果。

相关工作得到中国科学院战略性先导科技专项以及国家自然科学基金等项目支持。

链接链接：https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2025.109232