脈沖寬度小于500 fs的工業(yè)飛秒激光器的平均功率僅為幾十瓦。兩種主要的激光器結(jié)構(gòu)代表了這種類(lèi)型的激光器：基于再生 放大器結(jié)構(gòu)，或基于光纖放大器結(jié)構(gòu)的飛秒激光器。數(shù)百瓦 / 數(shù)毫 焦耳輸出的工業(yè)飛秒激光器，多采用 Yb:YAG 增益介質(zhì)和板條或者 碟片放大器結(jié)構(gòu)。目前，高功率的飛秒激光器，通過(guò)光纖飛秒激光 的相干合束技術(shù)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了萬(wàn)瓦飛秒激光輸出。本文將從飛秒激光技術(shù)的幾個(gè)層面闡述高功率大能量飛秒脈沖激光技術(shù)現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

飛秒激光

● 高功率飛秒激光器的應(yīng)用

飛秒高峰值功率密度 (TW/cm2 ) 和高重復(fù)頻率 (MHz) 激光系統(tǒng) 廣泛應(yīng)用于科學(xué)、工業(yè)和軍事領(lǐng)域�？刂骑w秒脈沖和材料相互作用 的主要機(jī)制是多光子現(xiàn)象和非熱過(guò)程，這使得它們對(duì)各種應(yīng)用具有 獨(dú)特的吸引力。當(dāng)前，飛秒激光器在透明材料（例如熔融石英、藍(lán)寶石等）的 三維加工中展現(xiàn)出色的能力，成為光纖微加工（如光纖光柵刻寫(xiě)）、 半導(dǎo)體晶片切割、可重寫(xiě) 5D 光學(xué)存儲(chǔ)器的優(yōu)異工具。此外，飛秒激光可以改變太陽(yáng)能電池板的表面，以提高太陽(yáng)能電池的效率。

同時(shí)，飛秒激光器還在瞬態(tài)吸收光譜中發(fā)現(xiàn)了獨(dú)特的應(yīng)用——借助超 短探測(cè)脈沖，可以在生物材料中實(shí)時(shí)跟蹤光物理和光化學(xué)反應(yīng)的快 速演變。以上列舉的僅是飛秒激光系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域中的一小部分，但 卻充分說(shuō)明了其重要性。

圖片

過(guò)去十年，激光制造已全面滲透制造業(yè)各領(lǐng)域，未來(lái)微納加工 發(fā)展的方向是進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)大尺寸、高精度和高效率加工。誠(chéng)然，超 快激光有著很廣闊的市場(chǎng)需求空間，在打標(biāo)加工、航空航天 、3C  電子、通信、新材料、器件加工、汽車(chē)等更多領(lǐng)域，將孕育出更多 的超快激光應(yīng)用場(chǎng)景，并需要更高的激光輸出功率和單脈沖能量。

● 飛秒脈沖產(chǎn)生方法

鎖模（Mode-locking）是激光器產(chǎn)生超短脈沖的方法。鎖模技 術(shù)一般分為主動(dòng)鎖模和被動(dòng)鎖模。前者是從外部向激光器輸入信號(hào)， 周期性地調(diào)制激光器的增益或損耗，達(dá)到鎖模；后者則采用飽和吸收 器，利用其非線性吸收達(dá)到鎖定相對(duì)相位，產(chǎn)生超短脈沖輸出。

● 克爾透鏡鎖模

1990 年，克爾透鏡鎖模的出現(xiàn)打開(kāi)了超快激光技術(shù)革命的大門(mén)， 也由此誕生了第一臺(tái)摻鈦藍(lán)寶石克爾透鏡鎖模激光器，標(biāo)志著具有 超高峰值功率的固體飛秒激光新階段的開(kāi)始�？藸柾哥R鎖模 (KLM) 的優(yōu)勢(shì)包括非�？�，所以脈沖最短；非常寬頻，因此可調(diào)范圍更廣。然而，其劣勢(shì)也不少，例如不能自啟動(dòng)；嚴(yán)苛的諧振腔調(diào)節(jié)（接近 穩(wěn)定極限運(yùn)行）；關(guān)聯(lián)到腔體設(shè)計(jì)的可飽和吸收體（有限的應(yīng)用）。

● 半導(dǎo)體可飽和吸收鏡

同年，瑞士物理學(xué)家 U. Keller 在布拉格反射鏡上外延生長(zhǎng)GaAs 半導(dǎo)體可飽和吸收體，制備成 SESAM，并應(yīng)用在鈦寶石激光 器上，得到 2ps 脈沖 [3]。SESAM[4] 作為一個(gè)鎖模啟動(dòng)和穩(wěn)定元件應(yīng)用在鎖模激光器中， 克服了克爾鎖模自身難以啟動(dòng)的缺點(diǎn)，降低了鎖模激光器的設(shè)計(jì)難 度和對(duì)激光材料性能的要求，并且大大提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。它的發(fā)明，標(biāo)志著超快固體激光進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。圖 5 描述了利用 SESAM 進(jìn)行鎖模的皮秒 / 飛秒超短脈沖振蕩 器的典型結(jié)構(gòu)。

飛秒激光脈沖放大

自從激光發(fā)明以來(lái)，更高的脈沖能量、更大的平均功率和更短 的脈沖持續(xù)時(shí)間等技術(shù)不斷發(fā)展，持續(xù)創(chuàng)造新的應(yīng)用甚至開(kāi)辟全新 的領(lǐng)域。例如，1985 年的啁啾脈沖放大技術(shù)，1988 年的雙包層光 纖技術(shù)，1997 年的大模場(chǎng)光纖概念的提出，以及分脈沖放大、多 通道相干合束放大、預(yù)啁啾管理放大、相干脈沖堆積等技術(shù)，都對(duì) 超快光纖激光的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

● 啁啾脈沖放大

2018 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的一部分獎(jiǎng)項(xiàng)頒給了啁啾脈沖放大 技 術(shù)（Chirped Pulse Amplification - CPA） 的 發(fā) 明 者 Gérard  Mourou 先生和他的學(xué)生 Donna Strickland 教授——他們提出的  CPA 技術(shù)正是現(xiàn)在產(chǎn)生超強(qiáng)超短脈沖激光的獨(dú)創(chuàng)性方法。CPA 技 術(shù)為人類(lèi)創(chuàng)造最短、最強(qiáng)的激光脈沖鋪平了道路。這一技術(shù)開(kāi)辟了 新的研究領(lǐng)域，并在工業(yè)和醫(yī)療領(lǐng)域產(chǎn)生了廣泛的應(yīng)用。

● 相干合成

相干合成技術(shù)能夠突破單根光纖的功率極限，同時(shí)解決亮度、 熱管理等一系列問(wèn)題，已成為光纖激光技術(shù)中的重要研究方向。相干合成是將一個(gè)種子源分成若干路，經(jīng)放大后再合束及壓縮， 產(chǎn)生高功率、高能量的飛秒脈沖。

相干合成中，各路激光進(jìn)行振幅 疊加。理想的合成效果需要實(shí)現(xiàn)各路激光在空間 / 時(shí)間上的重合， 以及在光譜上的匹配和在相位上的鎖定，這些都依賴(lài)于復(fù)雜的相干合成關(guān)鍵技術(shù)——高精度的光譜、相位和光強(qiáng)等特性的探測(cè)，以及高精度的多參量主動(dòng)控制，將會(huì)是多域混合相干合成系統(tǒng)構(gòu)建中必須解決的難題和重點(diǎn)攻關(guān)的技術(shù) [6-7]。

● 分脈沖放大

常用的時(shí)序相干合成方法主要有分脈沖放大 (DPA) 和脈沖堆疊 （CPS）兩大類(lèi)。在題為“Divided-pulse amplification of ultrashort pulses ”的 一篇論文中，研究者提出并展示了一種新方法，用于避免超短激光 脈沖放大過(guò)程中的非線性效應(yīng)。初始脈沖被縱向分成一系列低能量 脈沖，除了偏振之外，這些脈沖與原始脈沖相同。低強(qiáng)度脈沖被放大，然后重新組合以產(chǎn)生最終的強(qiáng)脈沖。這種分脈沖放大補(bǔ)充了基于色散管理的技術(shù) [8]。

● 相干脈沖堆疊

在題為“Coherent pulse stacking amplification using lowfinesse Gires-Tournois interferometers”的一篇論文中，展示了一 種相干脈沖堆疊 (CPS) 放大新技術(shù)，以克服激光放大器可實(shí)現(xiàn)脈沖 能量的限制。CPS 使用不帶主動(dòng)腔倒空器的反射諧振腔，將一系列 相位和幅度調(diào)制的光脈沖轉(zhuǎn)換為單個(gè)輸出脈沖。同時(shí)，還從理論上表 明，可以使用多個(gè)反射諧振器的序列來(lái)堆疊大量等幅脈沖，由此為從 超短脈沖光纖放大器系統(tǒng)生成高能量的脈沖提供新的途徑 [9]。

● 預(yù)啁啾管理放大

2021 年，中科院物理研究所 / 北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心 光物理實(shí)驗(yàn)室科研人員在長(zhǎng)期開(kāi)展超快激光脈沖產(chǎn)生及放大的基礎(chǔ) 上，利用雙通放大的預(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。

他們將預(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 mW 弱小信號(hào)直接放大到百瓦量級(jí)的特點(diǎn)，大大簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)裝置，并通過(guò)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。PCMA 是一種非線性放大技術(shù)，可以放 大光譜寬度超過(guò)光纖放大器增益帶寬的飛秒脈沖 [10]。

● 增益管理非線性放大

在題為“Nonlinear ultrafast fiber amplifiers beyond the  gain-narrowing limit”的一篇論文中，研究人員報(bào)告了一種新的 光纖放大方案，其特點(diǎn)是使用動(dòng)態(tài)演化的增益譜作為自由度：當(dāng)脈 沖經(jīng)歷非線性光譜展寬時(shí)，吸收和放大會(huì)主動(dòng)重塑脈沖和增益譜本 身。電場(chǎng)和受激態(tài)粒子的動(dòng)態(tài)共同演化支持可以將光譜展寬幾乎兩 個(gè)數(shù)量級(jí)，并遠(yuǎn)超過(guò)增益帶寬的脈沖，同時(shí)保持完全可壓縮到低于 50-fs 的變換極限 [11]。

百瓦/毫焦飛秒激光器

通常，大部分脈沖持續(xù)時(shí)間小于 500 fs 的工業(yè)飛秒激光器僅 限于幾十瓦的平均功率。有兩種主要的激光器結(jié)構(gòu)代表了這種類(lèi)型的激光器：基于再生放大器結(jié)構(gòu)，或基于光纖放大器結(jié)構(gòu)的飛秒激光器。

● 再生放大器

脈沖信號(hào)光進(jìn)入再生放大器中，經(jīng)過(guò) 100 次左右的往返振蕩放 大，經(jīng)飽和后再導(dǎo)出諧振腔，形成一個(gè)放大脈沖。再生放大器的重 復(fù)頻率被限制在 <1 MHz（由于普克爾盒開(kāi)關(guān)時(shí)間影響），并且難 以實(shí)現(xiàn)種子脈沖串模式（輸出）。

● 增益光纖-光子晶體光纖

在功率放大器中，丹麥 NKT Photonics 公司開(kāi)發(fā)的光子晶體光纖 DC-200/40-PZ-Yb 可用于數(shù)十微焦耳的飛秒光纖激光器。這款 PCF 的芯徑為 40 mm，可支持脈沖能量 50 µJ 的飛秒脈沖，雖然比普通單模光纖的芯徑大很多，但得益于其獨(dú)特 的光纖結(jié)構(gòu)，仍可以保證基模輸出。另外一款高功率增益光子晶體光纖 aeroGAIN-ROD-PM85 可提供高峰值功率，其芯徑 為 85 mm，飛秒脈沖能量達(dá)到 200~500 µJ，成為下一代高功 率超快光纖激光器的理想增益介質(zhì)。

在題為“Millijoule pulse energy high repetition rate  femtosecond fiber chirped-pulse amplification system” 的一篇論文中，報(bào)告了一種摻鐿光纖啁啾脈沖放大 (CPA) 系統(tǒng)， 重復(fù)頻率高于100 kHz，單脈沖能量達(dá) mJ 級(jí)，平均功率超過(guò) 100 W，脈沖壓縮至 800 fs。作為主放大器，采用芯徑為 80μm 的短光子晶體光纖，展寬的脈沖寬度為 2 ns[13]。

● 脈沖啁啾放大及相干合成

通過(guò)相干合束兩個(gè)高功率高能量光纖啁啾脈沖放大器產(chǎn)生 0.5mJ 飛 秒 激 光 脈 沖。該 系 統(tǒng) 以 175 kHz 的 重 復(fù) 頻 率 運(yùn) 行， 在壓縮后產(chǎn)生 88W 的平均功率。偏振分束器用于實(shí)現(xiàn)放大的Mach–Zehnder 干涉儀，該干涉儀通過(guò) HänschCouillaud 測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定。

● 分脈沖啁啾放大

在同一飛秒光纖放大器中實(shí)現(xiàn)啁啾脈沖放大和分脈沖放大。該方案允許在緊湊型桌面系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn) 2.4 ns 的等效展寬脈沖持續(xù) 時(shí)間。使用棒型摻鐿光子晶體光纖（aeroGAIN-ROD-PM85 棒 型光纖），產(chǎn)生了 96 kHz 的重復(fù)頻率下 320 fs 的 430 μJ 脈沖輸 出（50 W 功率）。振蕩器種子為：1030 nm/200 fs/25 MHz。驗(yàn)證了由于光纖放大器內(nèi)部的增益飽和而導(dǎo)致的對(duì)時(shí)域合束效率 的限制 [15]。

● 單程/雙程啁啾放大系統(tǒng)

橫模不穩(wěn)定性 (TMI) 現(xiàn)象目前是光纖激光系統(tǒng)（光束質(zhì)量幾乎 衍射受限）平均輸出功率的最大限制因素。首次在雙通光纖放大 器中對(duì) TMI 進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究后發(fā)現(xiàn)雙通放大中的 TMI 閾值明顯低 于單通放大。此外，研究揭示了雙通光纖放大器中不穩(wěn)定性的復(fù) 雜動(dòng)態(tài)行為。當(dāng)輸入信號(hào)是飽和信號(hào)時(shí)，單程放大橫模模式不穩(wěn)定性（TMI） 閾值高于雙程放大。主要原因是雙程會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)熱光效應(yīng)引起的光 柵（LP01 和 HOM)。當(dāng)輸入信號(hào)是低功率小信號(hào)時(shí)（雙程放大）， 情況較為復(fù)雜 [16]。

● 雙通棒型光纖放大器中的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)模式耦合

雙通棒型光纖放大器中存在兩種不穩(wěn)定性。首先是高功率情 況下，靜態(tài)模式退化（SMD)，這是由于基模和高階模的轉(zhuǎn)化增 加：因反向傳播的模之間形成的熱光光柵，使得同向模之間發(fā)生 耦合；高階模功率升高（M2 值增加）伴隨著高階模偏振態(tài)的變化， 引起了 SMD（可以通過(guò)偏振分束器（PBS）的輸出丟棄端測(cè)得）。 

單程放大系統(tǒng)很少有非線性偏振變化。其次是橫模的模式不穩(wěn)定性 (TMI) 。因同向傳播的模之間形 成的熱光光柵，所產(chǎn)生的同向模之間的耦合，閾值較高 (>120W 時(shí)出現(xiàn)）。因此，雙程放大系統(tǒng)先出現(xiàn) SMD，后出現(xiàn) TMI，抑制 SMD，也就能夠抑制 TMI[7]，[17-19]。

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數(shù)百瓦/數(shù)毫焦飛秒激光器

盡管光纖激光器具有顯著的優(yōu)勢(shì)，但要實(shí)現(xiàn)高功率 / 大能量激光 輸出，還需要自由空間固態(tài)放大器級(jí)聯(lián)，其模式面積充分?jǐn)U大，相互 作用長(zhǎng)度減小，以避免非線性限制因素。根據(jù)增益介質(zhì)的不同形狀， 可分為板條晶體放大器、碟片晶體放大器和單晶光纖放大器等。

● 板條增益模塊

在高平均功率下，Innoslab 放大器彌補(bǔ)了具有高單通增益但高 非線性、小橫截面和低損傷閾值的光纖放大器，以及具有大橫截面但 低單通增益的碟片放大器之間的差距。除 Innoslab 之外的所有板條 都需要兩個(gè)以上的光學(xué)級(jí)拋光功能表面，并且必須應(yīng)對(duì)內(nèi)部寄生效 應(yīng)，尤其是脈沖模式下，在泵浦階段結(jié)束時(shí)會(huì)出現(xiàn)非常高的增益。

●  Yb:YAG 板條飛秒直接放大

在題為“400W Yb: YAG Innoslab fs-amplifier”的一篇論文中， 展示的實(shí)驗(yàn)將已經(jīng)成熟用于摻釹 (Nd) 激光晶體的 Innoslab 板條放大 結(jié)構(gòu)應(yīng)用于摻鐿 (Yb) 激光材料。將 Innoslab 板條放大器與碟片和光 纖飛秒放大器進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)了可擴(kuò)展到千瓦范圍的緊湊型半導(dǎo)體激 光泵浦 Yb:YAG Innoslab 飛秒振蕩器 - 放大器系統(tǒng)。

迄今為止，在不 使用 CPA 技術(shù)的情況下，在 400 W 平均輸出功率和 76 MHz 重復(fù)率下， 實(shí)現(xiàn)了近乎變換和衍射極限的 680 fs 脈沖 [20]。

●  千瓦飛秒 Yb:YAG 板條直接放大

在 題 為“Compact diode-pumped 1.1kW Yb:YAG  Innoslab femtoesecond amplifier”的一篇論文中，展示了一個(gè) 緊湊型半導(dǎo)體泵浦 Yb:KGW 飛秒振蕩器 -Yb:YAG Innoslab 放大器 的 MOPA，在 620 W 平均輸出功率、20 MHz 重復(fù)頻率下具有近 乎變換極限的 636 fs 脈沖。

通過(guò)級(jí)聯(lián)兩個(gè)板條放大器，在單個(gè)線性偏振光束中獲得了 1.1 kW 的平均輸出功率、80 MW 的峰值功率和  615 fs 的脈沖寬度。功率可擴(kuò)展的 MOPA 在室溫下工作，不使用 啁啾脈沖放大技術(shù) [21]。

● 飛秒非線性 Yb:YAG 碟片再生放大

在題為“Direct regenerative amplification of  femtosecond pulses to the multimillijoule level” 的 一 篇 論 文 中，提出了一種緊湊的飛秒非線性 Yb:YAG 碟片再生放大器，波長(zhǎng) 1030 nm，平均功率 >200 W，重復(fù)頻率 100 kHz，光束質(zhì)量 M2  < 1.4。 

放大器以光譜帶寬變換極限的亞皮秒脈沖為種子，沒(méi)有時(shí)間展寬。用啁啾反射鏡將 2 mJ 脈沖壓縮到接近光譜帶寬變換極限的 210 fs 脈沖寬度 [22]。

在基于超短脈沖（~1 ps）直接放大的放大器中，非線性光學(xué) 效應(yīng)甚至被證明是有益的。這些系統(tǒng)中的自相位調(diào)制 (SPM) 導(dǎo)致放 大過(guò)程中，脈沖的光譜帶寬增加，因此可以克服“增益窄化”。

● 千瓦 Yb:YAG 碟片多程放大

在題為“Ultrafast thin-disk multi-pass amplifier system  providing 1.9kW of average output power and pulse energies  in the 10 mJ range at 1 ps of pulse duration for glass-cleaving  applications”的一篇論文中，報(bào)道了一種用于材料加工的具有靈 活參數(shù)的超快摻鐿碟片多通激光放大器。可以在 25 kHz 的重復(fù)頻 率下生成由 20-ns 間距的四個(gè)脈沖和 46.7 mJ 的總能量組成的脈沖 串。 

在單脈沖操作中，當(dāng)針對(duì) M2  = 1.5 的光束質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化時(shí)， 在 400 kHz 下可實(shí)現(xiàn) 1.5 kW 的平功率均輸出。在多通放大過(guò)程中， 所有結(jié)果均是在沒(méi)有啁啾脈沖放大的情況下獲得的 [23]。

● 飛秒光纖激光相干合束

德國(guó)耶拿大學(xué)的 Tünnermann 教授課題組是飛秒光纖激光相 干合成方面的領(lǐng)軍團(tuán)隊(duì) , 創(chuàng)造了飛秒光纖激光器最高單脈沖能量 23 mJ 和最高平均功率 10.4 kW 兩項(xiàng)紀(jì)錄。

通過(guò)獨(dú)立調(diào)控每一束激光的相位，可以將多束光纖輸出的激光經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直后，在遠(yuǎn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的干 涉疊加。相位鎖定技術(shù)是飛秒光纖激光相干合成的關(guān)鍵 [7]。

在題為“10.4 kW coherently combined ultrafast fiber laser” 的一篇論文中，提出了一種基于 12 個(gè)階躍折射率光纖放大器的相干 合成的平均輸出功率為 10.4 kW 的超快激光器。該系統(tǒng)以 80 MHz 的 重復(fù)頻率發(fā)射接近變換限制的 254 fs 脈沖，在 1Hz-1MHz 的頻率范 圍內(nèi)具有高光束質(zhì)量（M2 ≤ 1.2）和 0.56% 的低相對(duì)強(qiáng)度噪聲。

此外，通過(guò) 3 個(gè)監(jiān)測(cè)反饋回路 , 分別實(shí)現(xiàn)相位調(diào)整、群速度穩(wěn)定和光 束角度自調(diào)節(jié)的功能。由此，將飛秒光纖激光器輸出的平均功率首 次推到了萬(wàn)瓦級(jí)別 , 具有里程碑式的意義 [24]。

光纖-固體混合飛秒脈沖放大

脈沖相干合束是將多路放大器的脈沖輸出進(jìn)行相干合成，需要復(fù)雜的時(shí)域和空間匹配，對(duì)裝置穩(wěn)定性和環(huán)境要求很高。

光纖 - 固體混合飛秒脈沖放大技術(shù)有效地結(jié)合光纖放大器的高增益和固體放大器的高峰值功率、高脈沖能量的優(yōu)勢(shì)，最終的高平均功率 / 高峰值功率飛秒激光器可使用光纖振蕩器和前置放大器來(lái)達(dá)到數(shù)瓦級(jí)，使用Innoslab 放大到數(shù)百瓦級(jí)，以及使用碟片多通放大器達(dá)到數(shù) kW 級(jí)的高功率混合光纖 / 固體飛秒激光器逐步商業(yè)化，正在開(kāi)發(fā)具有進(jìn)一步擴(kuò)展平均功率的新光源——脈沖持續(xù)時(shí)間短至 400 fs，并且提供靈活的、用戶(hù)可控的脈沖重復(fù)頻率；來(lái)自種子模塊的脈沖可以壓縮到短至 250fs 的脈沖持續(xù)時(shí)間。同時(shí)，高功率激光器基于摻鐿 (Yb)板條晶體，可實(shí)現(xiàn)出色的熱管理。

● 光纖-固體混合 MOPA

在題為“Simple Yb: YAG femtosecond booster amplifier  using divided-pulse amplification”的一篇論文中，研究了一種 在最先進(jìn)的工業(yè)級(jí)大功率飛秒光纖系統(tǒng)后面使用低增益 Yb:YAG 單 晶功率放大器的混合 MOPA 方法，以顯著提高光纖放大器的輸出 脈沖能量。該系統(tǒng)在 100 kHz 下得到 >60 W 的平均功輸出，脈寬 400 fs，對(duì)應(yīng)于 600 μJ 的單脈沖能量。

為了進(jìn)一步提升能量，在功 率放大器的入口處實(shí)施無(wú)源分脈沖放大。在壓縮前輸出脈沖能量為 3 mJ，壓縮后為 2.3 mJ，脈沖寬度為 520 fs，對(duì)應(yīng)于 4.4 GW 的峰 值功率 [25]。 

該項(xiàng)研究展示了一個(gè)非常簡(jiǎn)單的單級(jí)固體功率放大器，以提升飛 秒光纖激光系統(tǒng)的脈沖能量，同時(shí)將脈沖持續(xù)時(shí)間保持在 500 fs 范圍 內(nèi)。同時(shí)，采用在高增益光纖放大器之后使用低增益 Yb:YAG 放大器 的混合 MOPA 方法，在功率和能量提高方面展現(xiàn)出巨大的潛力。 

當(dāng)前，飛秒激光器制造商 Amplitude 將平均輸出功率 >100 W的高功率混合光纖 / 固體飛秒激光器逐步商業(yè)化，正在開(kāi)發(fā)具有進(jìn) 一步擴(kuò)展平均功率的新光源——脈沖持續(xù)時(shí)間短至 400 fs，并且提 供靈活的、用戶(hù)可控的脈沖重復(fù)頻率；來(lái)自種子模塊的脈沖可以壓 縮到短至 250fs 的脈沖持續(xù)時(shí)間。同時(shí)，高功率激光器基于摻鐿 (Yb) 板條晶體，可實(shí)現(xiàn)出色的熱管理。

華日激光主要的產(chǎn)品線涵蓋固體激光和超快激光兩大系列。目前，公司已實(shí)現(xiàn)納秒 / 皮秒 / 飛秒激光器的標(biāo)準(zhǔn)化、批量化制造， 產(chǎn)品應(yīng)用于國(guó)際級(jí)客戶(hù)制程，實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代和全球銷(xiāo)售，在航空航天、集成電路和顯示器件領(lǐng)域均有豐富的工藝儲(chǔ)備和研發(fā)經(jīng)驗(yàn)。此 外，通過(guò)產(chǎn)學(xué)研合作，華日激光多個(gè)項(xiàng)目成果都實(shí)現(xiàn)了超快激光器核心 器件國(guó)產(chǎn)化，建成了中國(guó)超快激光器產(chǎn)業(yè)鏈，解決了超快激光器“卡 脖子”技術(shù)難題，在激光精細(xì)加工領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，支撐了中 國(guó)高端激光精密加工裝備的可持續(xù)發(fā)展。 

今年，華日激光超快激光器生產(chǎn)基地正式啟用。該基地建設(shè)無(wú) 塵廠房 7000 ㎡，包括皮秒 / 飛秒激光器生產(chǎn)線、種子源生產(chǎn)線以 及超快激光應(yīng)用工藝研究中心。目前，公司已具備年產(chǎn)超 3000 臺(tái) 超快激光器的生產(chǎn)能力。未來(lái)，華日激光將以前沿精密激光微納加 工技術(shù)產(chǎn)業(yè)化為抓手，在激光器先進(jìn)制造領(lǐng)域，充分發(fā)揮基地的創(chuàng) 新資源，進(jìn)一步加強(qiáng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化、批量化生產(chǎn)的能力。

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