? ? ? ?華東師范大學曾和平教授和上海理工大學郝強副教授帶領的研究團隊成功研制了參數為1.56μm/ 60nJ/ 100fs/ 10MHz的高穩定性、可靠耐用的超快激光光源。

“2019中國光學十大進展”候選推薦

1.56μm波段飛秒脈沖激光在激光通信、醫療診斷、微納加工、精密測量等領域具有廣泛的應用價值。特別是，通過光學倍頻技術，1.56μm倍頻激光器可工作鈦寶石激光器的輸出波段，致其應用場景進一步拓展。當前，鈦寶石振蕩器和放大器產品發展成熟，在極短脈沖(<20fs)和超大能量(>1mJ)方面具有顯著的指標性優勢。相較于鈦寶石激光器，摻鉺光纖飛秒激光器產品在50-100fs脈沖寬度和<10nJ單脈沖能量方面具有顯著的性價比優勢。進一步綜合光纖激光器的高效率、免維護、環境適應性強等優勢，摻鉺光纖飛秒激光器已成為鈦寶石激光器的理想替代光源。據了解，輸出功率在百毫瓦量級的780/1560nm飛秒激光器國內每年有約300臺的市場容量，且科研市場逐年增長。限制1.56μm波段飛秒脈沖功率提升和脈沖壓縮的關鍵技術問題是非線性和色散管理。通常，啁啾脈沖放大技術(chirped-pulse amplification, CPA)是克服非線性效應的一種主要手段，該技術在800nm鈦寶石激光器和1.03μm摻鐿光纖激光器中應用廣泛。然而，由于光柵壓縮器的衍射效率、結構復雜、高階色散等問題，CPA技術在1.56μm波段的發展并不順利。此外，考慮到通過增加腔內光纖長度較容易降低脈沖重復頻率，即可利用啁啾脈沖振蕩(chirped-pulse oscillation, CPO)技術直接從振蕩器產生高能量超短脈沖。圖1中的藍色和橙色虛線分別描述了利用CPA和CPO技術獲取到的脈寬和能量趨勢曲線。近年，分離脈沖放大(divided-pulse amplification, DPA)或稱為相干脈沖合成(coherent beam combination, CBC)技術已逐漸成為1.03μm波段產生千瓦平均功率超短脈沖的主要手段。該技術基于偏振分束將種子光進行能量分配，分別注入多個放大器中進行能量提升，可按比例降低放大器中脈沖的峰值功率，進而有效管理放大脈沖非線性效應。

圖 1.56μm波段超短脈沖產生和放大的結果比較。其中，實心圖標為保偏結構激光器，空心圖標為非保偏結構激光器。藍色和橙色虛線分別為CPA和CPO技術的趨勢曲線。與工作在1.03μm波段光纖正常色散區不同的是，1.56μm波段脈沖工作在光纖的負色散區，可在光纖中實現功率放大、光譜展寬、脈沖壓縮的同時進行(即脈沖非線性放大壓縮)，避免使用空間結構的脈沖壓縮器，極大簡化了光纖飛秒激光器的結構，顯著改善了激光器穩定性。研究團隊深入研究了光纖負色散區的分離脈沖放大技術。通過管理光纖預放大器和主放大的凈色散和增益，基于×16脈沖分離獲得了最高平均功率1.6W、脈沖寬度120fs的脈沖輸出，基于×64脈沖分離獲得了最高單脈沖能量60nJ、脈沖寬度95fs的脈沖輸出，突破了CPO和CPA技術趨勢曲線。相關研究成果以“60 nJ, 95 fs environmentally stable Er-doped fiber laser system”為題發表于Chinese Optics Letters 17，061401 (2019)上。

論文鏈接：

https://doi.org/10.3788/COL201917.061401

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總結

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