兼顧高重復(fù)頻率（>1 GHz）、高平均功率（>1 W）和短脈沖寬度（<200 fs）的超快激光在飛秒光學(xué)頻率梳、非線性顯微成像等科學(xué)研究領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。對(duì)其功率和能量進(jìn)一步放大，并對(duì)時(shí)域脈沖進(jìn)行調(diào)制，使其工作在脈沖串模式，產(chǎn)生的GHz-Burst飛秒激光在精密微納加工領(lǐng)域可兼顧納秒長(zhǎng)脈沖激光的高效率與飛秒短脈沖激光的高質(zhì)量加工優(yōu)勢(shì)。然而，傳統(tǒng)克爾透鏡鎖模（KLM）全固態(tài)GHz飛秒激光器通常使用功率1 W左右的單模光纖耦合LD作為泵浦源，使得激光器平均輸出功率僅在10~100 mW量級(jí)，極低的單脈沖能量限制了絕大多數(shù)重要的研究應(yīng)用。

西安電子科技大學(xué)超快激光技術(shù)與研究中心致力于高功率、窄脈寬、高光束質(zhì)量飛秒激光技術(shù)及其前沿應(yīng)用研究。團(tuán)隊(duì)在GHz飛秒鎖模研究中相繼實(shí)現(xiàn)了2 GHz、1.7 W、145 fs (Opt. Express 29, 12950 (2021))和1.6 GHz、6.17 W、184 fs (HPLSE 12, e66 (2024))的輸出指標(biāo)。最近又發(fā)展了硬孔KLM技術(shù)，直接從振蕩器中輸出平均功率11.1 W、脈沖寬度149 fs的1 GHz重復(fù)頻率飛秒激光（圖1），單脈沖能量達(dá)10.3 nJ。該結(jié)果是目前GHz重復(fù)頻率飛秒激光器的最高平均功率，同時(shí)峰值功率達(dá)60.8 kW，利用此飛秒光源無(wú)需借助額外的功率放大，即可滿足多級(jí)非線性諧波頻率變換、超連續(xù)譜產(chǎn)生、雙光子子顯微成像等所需的激光強(qiáng)度。相關(guān)研究成果發(fā)表于Opt. Lett. 49, 7024-7027 (2024)。論文第一作者為團(tuán)隊(duì)碩士生陶杰，合作單位包括陜西理工大學(xué)、江蘇師范大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院物理研究所。

圖1 10 W級(jí)GHz重復(fù)頻率飛秒振蕩器部分輸出參數(shù)

團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步推出了5 W、10 W不同功率的GHz全固態(tài)飛秒激光器工程機(jī)（Ceres系列）。通過(guò)緊湊的光機(jī)電一體化設(shè)計(jì)，激光器可實(shí)現(xiàn)一鍵啟動(dòng)、24小時(shí)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。在未進(jìn)行腔長(zhǎng)鎖定的情況下，自由運(yùn)轉(zhuǎn)的積分時(shí)間抖動(dòng)僅為155 fs（1 kHz~1 MHz），部分測(cè)試參數(shù)如圖2所示。

圖2 Ceres系列GHz全固態(tài)飛秒激光器部分測(cè)試參數(shù)

文章來(lái)源：西電超快激光技術(shù)與應(yīng)用研究中心

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