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(shì)，在工業(yè)制造、國(guó)防軍事及醫(yī)療檢測(cè)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(zhǎng)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(dòng)激光一般由啁啾脈沖放大技術(shù)加額外的后置壓縮級(jí)來(lái)產(chǎn)生小于50fs的脈沖寬度。此方案的后置壓縮級(jí)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(guó)科學(xué)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，利用研究員常國(guó)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。科研人員利用數(shù)十毫瓦的弱小信號(hào)僅通過(guò)結(jié)構(gòu)緊湊的一級(jí)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。

　　實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，振蕩器及預(yù)放大后的小信號(hào)光先經(jīng)過(guò)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(duì)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(duì)壓縮。科研人員將預(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(hào)直接放大到百瓦量級(jí)的特點(diǎn)，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。圖2藍(lán)色曲線(xiàn)是利用6片啁啾鏡得到的壓縮結(jié)果，對(duì)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(xiàn)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(dòng)源的有效手段。

　　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(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、脈沖功率激光技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放研究基金以及中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等的資助?！　?/p>

圖1.優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)裝置圖

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