近期，中国科学院上海光学精密机械研究所在超短脉冲激光时空特性调控提升研究方面取得新进展。高功率激光物理联合实验室朱健强研究团队与以色列耶路撒冷希伯来大学Arie Zigler教授合作，提出一种新型重频超短脉冲激光时空信噪比提升技术——等离子体透镜时空滤波技术，并对该技术的提升效果进行了实验验证。相关成果于4月15日发表于《光学快报》(Optics Letters)。

图1 等离子体透镜时空滤波器原理图

图2 等离子体透镜时空滤波器信噪比提升实验效果

高功率超短脉冲激光已日益成为各类研究领域的重要工具。其中信噪比是超短脉冲激光的重要特性之一，信噪比较差的脉冲具有较强的前沿噪声，会导致靶上预等离子产生，破坏激光与物质相互作用过程。因此超短脉冲的信噪比性能提升至关重要。

空间滤波是一种采用滤波处理的影像增强方法。其理论基础是空间卷积和空间相关。目的是改善影像质量，包括去除高频噪声与干扰，及影像边缘增强、线性增强以及去模糊等。分为低通滤波（平滑化）、高通滤波（锐化）和带通滤波。处理方法有计算机处理（数字滤波）和光学信息处理两种。

航空相机及载体以一定的速度水平飞行，通过相机镜头L，运动物体成像在有一定空间周期分布的空间狭缝((SF)上，像移速度为v，空间狭缝刻线与物体运动方向垂直。由于图像速度的存在，所有通过空间狭缝的光强产生周期性的变化，并由空间狭缝后方的光电探测器(PD)接收。由于狭缝存在窄带通滤波特性，仅获取运动图像的特定空间频率成分，可认为运动图像的光振幅在传送时被空间狭缝调制了。因此光电探测器的输出信号中包含与像移速度v相关的频率f，速度v可由v=p×f确定，其中p为狭缝的空间周期。

该项研究中，研究人员将等离子体光学与空间滤波器相结合，研发了一种可以在重复频率下使用的时空等离子体光学器件，即等离子体透镜时空滤波器（spatiotemporal plasma-lens filter, STPLF）。STPLF可以增强超短脉冲时间信噪比的同时优化激光光束近场质量，提高空间信噪比。实验结果表明，在1Hz重复频率短脉冲激光条件下，等离子体透镜时空滤波器能够实现高达80%的激光通过效率，不仅消除了预脉冲和噪声基底，还使主脉冲上升沿更加陡峭，信噪比提高了两个数量级，光束近场质量也得到了改善。该技术为提升重频超短脉冲激光时空信噪比特性提供了一种新方案。