高功率超快光纖激光具有光束質(zhì)量好、散熱性能佳、轉(zhuǎn)換效率高、體積尺寸小等優(yōu)勢，在工業(yè)制造、國防軍事及醫(yī)療檢測等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。除了工業(yè)領(lǐng)域脆性材料加工和微納結(jié)構(gòu)制造方面日益增長的需求外，高重頻高功率超快光纖激光在高通量高次諧波及阿秒脈沖產(chǎn)生等科研領(lǐng)域也發(fā)揮著日益重要的作用。目前在超快光纖激光領(lǐng)域，驅(qū)動激光一般由啁啾脈沖放大技術(shù)加額外的后置壓縮級來產(chǎn)生小于50fs的脈沖寬度。此方案的后置壓縮級一般采用復(fù)雜的充氣裝置，因此系統(tǒng)復(fù)雜度較高。

中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心光物理實(shí)驗(yàn)室科研人員在長期開展超快激光脈沖產(chǎn)生及放大的基礎(chǔ)上，利用研究員常國慶提出的雙通放大的預(yù)啁啾管理放大（Double-pass PCMA，DP-PCMA）技術(shù)，與西安電子科技大學(xué)合作，在棒狀光子晶體光纖中實(shí)現(xiàn)了高增益高平均功率的超短脈沖輸出�？蒲腥藛T利用數(shù)十毫瓦的弱小信號僅通過結(jié)構(gòu)緊湊的一級放大器就獲得了平均功率大于100W、增益高達(dá)38dB的超短脈沖，優(yōu)化參數(shù)補(bǔ)償色散后脈沖寬度短至37fs。

圖1.優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)裝置圖

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，振蕩器及預(yù)放大后的小信號光先經(jīng)過偏振分束器及旋光器等器件后，以水平偏振注入棒狀光纖進(jìn)行第一通放大，再由后面的旋光器和反射鏡返回并旋轉(zhuǎn)至豎直偏振后再次注入棒狀光纖進(jìn)行第二通放大，預(yù)啁啾光柵對放置在兩通放大之間，雙通放大后的輸出光分為主輸出和次輸出，絕大部分激光從主輸出口輸出并被光柵對壓縮�？蒲腥藛T將預(yù)啁啾管理放大技術(shù)與雙通放大技術(shù)相結(jié)合，利用雙通放大的高增益特性允許將振蕩器輸出的數(shù)十毫瓦弱小信號直接放大到百瓦量級的特點(diǎn)，簡化了實(shí)驗(yàn)裝置，并通過優(yōu)化裝置參數(shù)，在負(fù)啁啾下得到了兼具高平均功率和極短脈寬的結(jié)果。圖2藍(lán)色曲線是利用6片啁啾鏡得到的壓縮結(jié)果，對應(yīng)脈寬55fs, 平均功率100W。該研究成果揭示出雙通預(yù)啁啾管理放大系統(tǒng)中非線性相移量影響功率輸出的本質(zhì)特性，并提供了一種結(jié)構(gòu)緊湊、具有高增益的超快光纖激光系統(tǒng)建造方法。進(jìn)一步結(jié)合分脈沖放大技術(shù)，該方案有望成為高通量阿秒高次諧波驅(qū)動源的有效手段。

圖2.（a）負(fù)啁啾下優(yōu)化輸出時的放大光譜與壓縮脈沖自相關(guān)曲線（b）壓縮脈沖自相關(guān)曲線

相關(guān)研究成果以Double-pass pre-chirp managed amplification with high gain and high average power為題，發(fā)表在Optics letters上。研究工作得到廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、脈沖功率激光技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放研究基金以及中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會等的資助。

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