中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所激光物理與技術(shù)研究中心團隊在中國工程院院士許祖彥、研究員彭欽軍帶領(lǐng)下，在固體激光領(lǐng)域持續(xù)耕耘數(shù)十載。近期，該團隊在皮秒光參量激光研究領(lǐng)域取得創(chuàng)新成果，解決了國際上長期以來超短脈沖光參量振蕩（OPO）難以實現(xiàn)大能量輸出的難題，受到國際學(xué)術(shù)界關(guān)注和報道。
該團隊開創(chuàng)性地提出了一種新型高能量超短脈沖光參量振蕩技術(shù)，突破了超短脈沖光學(xué)參量振蕩（OPO）能量提升的難題。大能量超短脈沖OPO在很多領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用，如阿秒光科學(xué)、激光與材料相互作用以及激光遙感等。在傳統(tǒng)的同步泵浦超短脈沖OPO設(shè)計中，要想實現(xiàn)大能量超短脈沖OPO輸出，基頻光脈沖需工作在低重頻，然而，為滿足同步泵浦條件，脈沖重復(fù)頻率越低，所需要的OPO腔長越長，導(dǎo)致之前報道的超短脈沖OPO獲得的脈沖能量有限，僅在μJ量級。激光中心研究人員提出再生放大——光參量振蕩（RG-OPO）的新思路（圖1），得以在長度僅為1.5 m的OPO腔中實現(xiàn)最大脈沖能量30.5 μJ、重頻10 kHz、波長1.53 μm、脈寬7 ps的OPO信號光脈沖輸出，將國際上皮秒OPO輸出的最高單脈沖能量一舉提升了20倍。相關(guān)成果發(fā)表在Optics Letters [43（3）：539,2018]上，隨后被Laser Focus World在2018年第2期評為Newsbreaks專題報道。
該研究成果在國際上率先開啟了超短脈沖OPO能量進入數(shù)十μJ的大門，并有潛力在未來提高3個量級至數(shù)mJ級，解決了長期以來超短脈沖OPO脈沖能量止步于μJ量級的國際難題。該技術(shù)不僅適用于皮秒OPO，同樣也適用于飛秒OPO。
這項突破性研究成果是團隊在前期對短脈沖固體激光進行持續(xù)研究的基礎(chǔ)上取得的。此前，該團隊在1.3 μm短納秒脈沖激光器方面的研究也取得了亮點成果。生物光學(xué)、頻率變換、激光通信等領(lǐng)域需求一種高功率、低成本，脈寬小于10 ns的1.3 μm波段激光器，該團隊研究人員意識到腔倒空調(diào)Q方法獲得1.3 μm波段高功率窄脈寬納秒激光的優(yōu)勢，且該方法具有脈沖寬度不受輸出功率、重復(fù)頻率等因素影響的特點，而在此之前，國際上尚未有人開展這方面的研究。該團隊通過深入研究，實現(xiàn)了最大功率3.2 W，重復(fù)頻率2-10 kHz，脈寬4.7 ns的1.3 μm脈沖激光輸出。在相同條件下，傳統(tǒng)調(diào)Q方式獲得的脈寬為120 ns，而腔倒空調(diào)Q獲得脈寬僅為4.7 ns（圖2）。該研究成果發(fā)表在Applied Optics[54（4）：717,2015]上，被OSA選入2015年2月的Spotlight On Optics，并致函表示祝賀，評價這項研究進展將會激勵1.3 μm波段脈沖激光更加深入的研究應(yīng)用。
論文鏈接：1 2
圖1 基頻皮秒脈沖與OPO信號光脈沖能量隨泵浦功率變化，OPO最大脈沖能量30.5 μJ
圖2 腔倒空調(diào)Q和傳統(tǒng)調(diào)Q方式獲得的1.3 μm脈沖激光波形對比：(a)腔倒空調(diào)Q脈沖，(b)傳統(tǒng)調(diào)Q脈沖
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