摘要：高功率飞秒激光在太赫兹产生、阿秒脉冲产生和光学频率梳等科研领域和工业领域有着重大应用价值。基于传统块状增益介质的锁模激光器在高功率下受到热透镜效应的限制，目前输出的最大功率在20 W左右。

研究背景

高功率飞秒激光在太赫兹产生、阿秒脉冲产生和光学频率梳等科研领域和工业领域有着重大应用价值。基于传统块状增益介质的锁模激光器在高功率下受到热透镜效应的限制，目前输出的最大功率在20 W左右。

薄片激光器利用多通泵浦结构，将泵浦光多次反射至厚度为百微米量级的片状增益介质上，以实现高效率的泵浦吸收。极薄的增益介质结合背向冷却技术，大大减小了热透镜效应与非线性效应的影响，可实现更高功率的飞秒脉冲输出。

结合克尔透镜锁模技术的薄片振荡器，是目前获取脉冲宽度为百飞秒量级的高平均功率激光输出的主要手段。

创新工作

中国科学院大连化学物理研究所李刚研究员团队基于自主研制的72通泵浦模块，设计并搭建了克尔透镜锁模薄片激光器，研制出了国内目前平均功率和单脉冲能量最高的克尔透镜锁模薄片激光器。

研究团队首先基于克尔透镜锁模的原理和ABCD 矩阵的迭代计算，进行了薄片克尔透镜锁模激光器锁模理论分析，模拟了锁模运转与连续运转时谐振腔内模式的变化，确认锁模后硬光阑处的腔内模式半径将减少7%以上。

随后，研究团队以该设计原则为指导，基于团队自主研制的72通泵浦模块（图1），设计并搭建了克尔透镜锁模谐振腔（图2），在72 W泵浦时时获得了平均功率为11.78 W，脉冲宽度为245 fs，单脉冲能量为0.14 μJ的脉冲激光输出。输出脉冲的宽度和腔内模式的变化与模拟分析的结果基本吻合。

图2 实验使用的克尔透镜锁模Yb:YAG薄片激光器谐振腔示意图

为了提高激光器的输出功率，研究团队将聚焦镜的曲率半径增大，对克尔介质厚度和二阶色散量进行微调后，泵浦功率设置为94 W 时，平均输出功率增加到22.33 W，此时的脉冲宽度为394 fs，单脉冲能量为0.28 μJ。

工作展望

为进一步提升输出功率，研究团队将进一步增大聚焦凹面镜对的曲率半径，同时将谐振腔置于低真空密闭环境中以减小空气扰动和空气色散的影响。

参考文献： 中国光学期刊网

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来源：做个梦给你1128