基于掺镱棒状光纤的高功率大能量四路相干合成飞秒激光系统

作     者：史卓 常洪祥 王栋梁 郭鸿宇 董自凯 杜志航 梁成斌 李灿 周朴 魏志义 常国庆 SHI Zhuo;CHANG Hongxiang;WANG Dongliang;GUO Hongyu;DONG Zikai;DU Zhihang;LIANG Chengbin;LI Can;ZHOU Pu;WEI Zhiyi;CHANG Guoqing

作者机构：中国科学院物理研究所光物理重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049 松山湖材料实验室东莞523808 国防科技大学前沿交叉学科学院长沙410073 

出 版 物：《物理学报》 (Acta Physica Sinica)

年 卷 期：2025年第74卷第1期

页      面：168-175页

核心收录：

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 

基　　金：中国科学院重点部署科研专项(批准号:PTYQ2022YZ0001) 国家自然科学基金(批准号:62175255,62227822) 国家重点研发计划(批准号:2021YFB3602602)资助的课题 

主　　题：超快光纤激光 高功率大能量 相干合成 

摘      要：高平均功率(500 W)、大脉冲能量(1 mJ)飞秒光纤激光对包括阿秒光学在内的众多科研领域极为重要.受限于增益光纤较小的模场面积,多种非线性效应将从单根增益光纤放大产生的飞秒脉冲的能量限制在百微焦量级.平均功率和脉冲能量的进一步提升需要使用相干合成技术,将多路光纤的输出合成为一束.本文搭建了一套基于填充孔径相干合成的高功率大能量超快光纤激光系统,采用商用掺镱棒状光纤并利用随机并行梯度下降法实现四路放大器之间的相位锁定.在重复频率为1 MHz时,该相干合成系统输出平均功率为753 W,经过光栅对压缩后的平均功率为672 W,脉冲宽度为242 fs,对应的脉冲能量为0.67 mJ,系统具备良好的稳定性.降低重复频率至500 kHz,该系统输出压缩后的脉冲平均功率为534 W,脉冲宽度为247 fs,对应脉冲能量可达1.07 mJ.脉冲的平均功率和能量均可通过增加合成路数进一步提升,通过添加已着手研发的延迟和指向锁定系统,有望通过八路相干合成实现平均功率超过1 kW、脉冲能量超过2 mJ的飞秒脉冲输出.