科學前沿8：基于預啁啾管理放大技術的高增益高平均功率光纖激光器

　　高功率超快光纖激光具有光束質量好、散熱性能佳、轉換效率高、體積尺寸小等優勢，在工業制造、國防軍事及醫療檢測等領域具有重要應用。除了工業領域脆性材料加工和微納結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生等科研領域也發揮著越來越重要的作用。目前在超快光纖激光領域，驅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生小于50fs的脈沖寬度。這種方案的后置壓縮級一般采用復雜的充氣裝置，因此系統復雜度很高。針對該問題，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心光物理實驗室L07組在長期開展超快激光脈沖產生及放大的基礎上，利用常國慶研究員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，最近在棒狀光子晶體光纖中實現了高增益高平均功率的超短脈沖輸出。他們利用數十毫瓦的弱小信號僅通過結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，優化參數補償色散后脈沖寬度短至37fs。

　　圖1. 優化的實驗裝置圖

　　實驗裝置圖如圖1所示，振蕩器及預放大后的小信號光先經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。他們將預啁啾管理放大技術與雙通放大技術相結合，利用雙通放大的高增益特性允許將振蕩器輸出的數十mW弱小信號直接放大到百瓦量級的特點，大大簡化了實驗裝置，并通過優化裝置參數，在負啁啾下得到了兼具高平均功率和極短脈寬的結果。圖2藍色曲線是利用6片啁啾鏡得到的壓縮結果，對應脈寬55fs, 平均功率100W。此研究成果不僅揭示了雙通預啁啾管理放大系統中非線性相移量影響功率輸出的本質特性，而且提供了一種結構緊湊、具有高增益的超快光纖激光系統建造方法。進一步結合分脈沖放大技術，該方案有望成為高通量阿秒高次諧波驅動源的有效手段。

　　圖2. (a) 負啁啾下優化輸出時的放大光譜與壓縮脈沖自相關曲線。

　　
該研究工作得到了廣東省重點領域研發計劃（批準號：2018B030329001）、國家自然科學基金（批準號：No.11774234, 12034020和91950113）、國家重點研發計劃（批準號：22018YFB1107200, 2020YFB1313702）、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促會（2018007）等的資助。論文第一作者為聯培博士生張瑤，第二作者為物理所博士生王井上，物理所常國慶研究員、魏志義研究員及西安電子科技大學王軍利教授為通訊作者。

　　相關結果發表在美國光學快報上: Yao Zhang, Jingshang Wang, Hao Teng, Shaobo Fang, Junli Wang*, Guoqing Chang*, and Zhiyi Wei*, Double-pass pre-chirp managed amplification with high gain and high average power, Opt. Lett., 2021, 46(13), 3115-3118

　　編輯：aloysius、yrLewis

發布時間：2021-07-18 12:18:29 來源：頭條網