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)療檢測等領域具有重要應用。除了工業(yè)領域脆性材料加工和微納結(jié)構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)生等科研領域也發(fā)揮著日益重要的作用。目前在超快光纖激光領域，驅(qū)動激光一般由啁啾脈沖放大技術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雜的充氣裝置，因此系統(tǒng)復雜度較高。
中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心光物理實驗室科研人員在長期開展超快激光脈沖產(chǎn)生及放大的基礎上，利用研究員常國慶提出的雙通放大的預啁啾管理放大（Double-pass PCMA，DP-PCMA）技術，與西安電子科技大學合作，在棒狀光子晶體光纖中實現(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)十毫瓦的弱小信號僅通過結(jié)構緊湊的一級放大器就獲得了平均功率大于100W、增益高達38dB的超短脈沖，優(yōu)化參數(shù)補償色散后脈沖寬度短至37fs。
實驗裝置如圖1所示，振蕩器及預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行第二通放大，預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。科研人員將預啁啾管理放大技術與雙通放大技術相結(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，簡化了實驗裝置，并通過優(yōu)化裝置參數(shù)，在負啁啾下得到了兼具高平均功率和極短脈寬的結(jié)果。圖2藍色曲線是利用6片啁啾鏡得到的壓縮結(jié)果，對應脈寬55fs, 平均功率100W。該研究成果揭示出雙通預啁啾管理放大系統(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)構緊湊、具有高增益的超快光纖激光系統(tǒng)建造方法。進一步結(jié)合分脈沖放大技術，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。
相關研究成果以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領域研發(fā)計劃、國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、脈沖功率激光技術國家重點實驗室開放研究基金以及中科院青年創(chuàng)新促進會等的資助。
圖1.優(yōu)化的實驗裝置圖
圖2.（a）負啁啾下優(yōu)化輸出時的放大光譜與壓縮脈沖自相關曲線（b）壓縮脈沖自相關曲線
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