在超快激光领域，脉冲对比度(Pulse Contrast)是决定高功率激光实验能否成功的关键参数之一。脉冲对比度定义为脉冲主峰与其背景噪声（如纳秒或皮秒级的预脉冲）的强度比值。在强场物理实验中，如超强激光与固体靶相互作用、激光聚变等，低对比度的基底脉冲会使靶材提前电离，导致实验不佳而偏离预期结果。因此，提高脉冲对比度对于高功率激光系统至关重要。

传统的脉冲清洁技术，如交叉偏振波(XPW)、光参量放大(OPA)、等离子体镜(PM)等，虽然可以有效提升对比度，但往往存在装置复杂、转换效率低、能量损失大等问题。本论文提出了一种基于自聚焦效应的脉冲对比度增强方法，利用Kerr透镜在薄玻璃介质中诱导自聚焦，并结合空间滤波(Spatial Filtering)去除低强度基底噪声，从而提高脉冲对比度[1]。该方法具有实现简单、成本低、能量损失较小的优点，为高功率激光系统的脉冲清理提供了一种新思路。

图1 实验原理示意图[1]

论文的核心思想是利用Kerr透镜效应诱导时间依赖的空间变化，然后通过硬光阑(Iris)进行空间选择性滤波。基本工作原理如图1所示：

1．高强度脉冲中心部分在玻璃介质中诱导非线性自聚焦，导致光束角度收缩；

2．低强度背景噪声由于强度较低，几乎不受Kerr效应影响，仍保持初始发散角；

3．经过空间滤波器（如硬光阑）后，仅允许聚焦部分通过，而发散的背景噪声被滤除，实现时域的脉冲清理；

4．该过程自发发生，不需要额外的泵浦光源或外部调控，因此实现简单。

本文基于ABCD矩阵和高斯光束传播公式构建了数值模型，计算了不同参数下的非线性焦距，以及光斑直径随时间的变化。模型预测该方法可以提升0.5-2.5个数量级的脉冲对比度，且能量利用率可达25%-90%，具体取决于实验参数的选择。

为了验证理论模型，研究团队搭建了图2所示的实验装置。掺镱光纤CPA系统产生中心波长为1030 nm、脉冲能量为10 μJ的450 fs脉冲；玻璃介质为未镀膜熔融石英，空间滤波器为硬光阑（直径400 μm）。

图2 系统实验装置图[1]

图3中的实验结果表明，原始脉冲对比度约为，经过Kerr透镜+空间滤波后，对比度提升到量级（提升20 dB）；使用400 μm光阑时，脉冲能量效率为40%（玻璃未镀膜，理论最大可达48%）。实验结果与数值模拟高度吻合，证明该方法的可行性。同时，作者也进一步研究了在其他不同尺寸光阑情况下的影响。该方法比传统的对比度增强技术能量损失更小，实现更简单，适用于高功率CPA系统的对比度优化。

图3 经过克尔效应和空间滤波前（蓝色）和后（橙色）的脉冲对比度[1]

总之，本论文提出了一种基于Kerr透镜效应+空间滤波的新型脉冲对比度增强方法，简单易实现（仅需一片薄玻璃和硬光阑，无需额外光源或复杂同步设备）；能量利用率高（相比传统方法(XPW, OPA, PM)，本方法能量损失小，最优条件下保持90%）。实验验证了脉冲对比度可提升两个数量级，为超强超快激光实验提供了一种新的脉冲清理方案。未来，该方法可进一步优化，以适应更高功率、更短脉冲的应用场景。

参考文献：

[1]Refaeli Z, Marcus G, Shamir Y. A simple method for pulse contrast enhancement via self-focusing [J]. High Power Laser Science and Engineering, 2024, 12: e18.

       原文标题 : 超快非线性光学技术之六十八 基于自聚焦效应提升脉冲对比度