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突破瓶颈，GHz高功率全固态飞秒激光振荡器迎来新进展

具有高重复频率（>1 GHz）、高平均功率（>1 W）、短脉冲宽度（<200 fs）的超快激光兼顾光谱分辨率和测量速度，在飞秒光学频率梳、非线性显微成像等科学研究领域具有重要应用价值。对其功率和能量进一步放大，并对时域脉冲进行调制，使其工作在脉冲串模式，产生的GHz-Burst飞秒激光在精密微纳加工领域可兼顾长脉冲激光的高效率加工与短脉冲飞秒激光的高质量加工优势。

挑战

传统克尔透镜锁模全固态GHz飞秒激光器依赖于软孔光阑效应，需要借助单模光纤耦合LD等光束质量M2因子接近1的激光器作为泵浦源，然而其最大功率仅有1 W左右，使得克尔透镜锁模GHz飞秒振荡器的平均功率被限制在10-100 mW量级。

突破

近日，西安电子科技大学朱江峰教授团队设计了双共焦环形谐振腔结构，实验装置如图1所示，即使在GHz重复频率下，增益介质中激光模式仍然可以与光束质量非常差的高功率多模光纤耦合LD形成良好匹配，进一步通过精确计算克尔透镜作用下激光晶体中激光模式以及克尔灵敏度随腔内峰值功率的变化对实验进行指导。
突破瓶颈，GHz高功率全固态飞秒激光振荡器迎来新进展

图1 高功率GHz双共焦环形腔实验装置

以光束质量M2因子为19.5的多模LD泵浦Yb:KGW晶体，实现了重复频率1.6 GHz、脉冲宽度184 fs、最高平均功率6.17 W的高性能激光输出（图2），突破了GHz重复频率克尔透镜锁模飞秒激光器难以使用差光束质量泵浦源抽运的技术瓶颈。
突破瓶颈，GHz高功率全固态飞秒激光振荡器迎来新进展图2 部分实验数据
未来以该光源同步泵浦光参量振荡器，可获得波长灵活调谐的GHz飞秒光源，有望借助其GHz高采样速率的优势在双光子荧光等非线性显微成像领域发挥作用。此外，也可直接作为种子源，通过再生和行波放大技术，获得高功率、高能量的GHz-Burst飞秒激光输出，服务于飞秒激光精密微纳加工领域。

论文及奖项

相关研究成果发表在High Power Laser Science and Engineering(Li Zheng, Wenlong Tian, Hanchen Xue, Yuehang Chen, Geyang Wang, Chuan Bai, Yang Yu, Zhiyi Wei and Jiangfeng Zhu. Diode-pumped high-power gigahertz Kerr-lens Mode-locked solid-state oscillator enabled by a dual-confocal ring cavity [J]. High Power Laser Science and Engineering, Vol, 12, Accepted)，相关技术获得“2023年度中国十大光学产业技术”提名奖（图3）。

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