高功率超快光纖鐳射具有光束質量好、散熱效能佳、轉換效率高、體積尺寸小等優勢，在工業製造、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製造方面日益增長的需求外，高重頻高功率超快光纖鐳射在高通量高次諧波及阿秒脈衝產生等科研領域也發揮著日益重要的作用。目前在超快光纖鐳射領域，驅動鐳射一般由啁啾脈衝放大技術加額外的後置壓縮級來產生小於50fs的脈衝寬度。此方案的後置壓縮級一般採用複雜的充氣裝置，因此係統複雜度較高。
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科研人員在長期開展超快鐳射脈衝產生及放大的基礎上，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了高增益高平均功率的超短脈衝輸出。科研人員利用數十毫瓦的弱小訊號僅透過結構緊湊的一級放大器就獲得了平均功率大於100W、增益高達38dB的超短脈衝，最佳化引數補償色散後脈衝寬度短至37fs。
實驗裝置如圖1所示，振盪器及預放大後的小訊號光先經過偏振分束器及旋光器等器件後，以水平偏振注入棒狀光纖進行第一通放大，再由後面的旋光器和反射鏡返回並旋轉至豎直偏振後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，雙通放大後的輸出光分為主輸出和次輸出，絕大部分鐳射從主輸出口輸出並被光柵對壓縮。科研人員將預啁啾管理放大技術與雙通放大技術相結合，利用雙通放大的高增益特性允許將振盪器輸出的數十毫瓦弱小訊號直接放大到百瓦量級的特點，簡化了實驗裝置，並透過最佳化裝置引數，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。該研究成果揭示出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，並提供了一種結構緊湊、具有高增益的超快光纖鐳射系統建造方法。進一步結合分脈衝放大技術，該方案有望成為高通量阿秒高次諧波驅動源的有效手段。
相關研究成果以Double-pass pre-chirp managed amplification with high gain and high average power為題，發表在Optics letters上。研究工作得到廣東省重點領域研發計劃、國家自然科學基金、國家重點研發計劃、脈衝功率鐳射技術國家重點實驗室開放研究基金以及中科院青年創新促進會等的資助。
圖1.最佳化的實驗裝置圖
圖2.（a）負啁啾下最佳化輸出時的放大光譜與壓縮脈衝自相關曲線（b）壓縮脈衝自相關曲線
來源：中國科學院物理研究所
