中國科學院上海光學精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室和中國科學院物理研究所合作，在基于Multi-Pass Cell (MPC)的高功率超快激光非線性壓縮方面取得研究進展。相關成果以“Generation of 56.5 W femtosecond laser radiation by the combination of an Nd-doped picosecond amplifier and multi-pass-cell device”為題發(fā)表于Optics Express。

高功率飛秒激光在科研和精密加工等領域有著重要的應用前景。通常來說，激光增益介質的受激發(fā)射截面與上能級壽命和發(fā)射帶寬的乘積成反比，因此長壽命和寬帶寬的激光增益介質發(fā)射截面相對較小、激光放大效率較低，反之亦然。例如，摻鐿(Yb)激光晶體熒光壽命較長，放大效率普遍很低。光纖材料由于過小的模場面積難以支撐高的脈沖能量和峰值功率。鈦寶石具有超過500 nm的發(fā)射帶寬和優(yōu)良的機械性能，是產生飛秒激光的優(yōu)秀增益介質，但是由于其吸收波段的問題，導致其量子虧損較大以及無法使用高功率LD直接泵浦。同時獲得高功率飛秒激光脈沖通常采用啁啾脈沖放大（CPA）技術，這極大地增加了高功率飛秒激光的成本、技術復雜性和使用門檻。因此，國際上高功率皮秒激光的成熟度大幅領先于飛秒激光。

針對上述問題，研究人員利用非線性后壓縮的方式實現了高功率激光脈寬從皮秒到飛秒的跨越。研究人員先利用窄帶的、大發(fā)射截面的激光介質（Nd:YVO4）實現皮秒激光高效直接放大（無需采用CPA技術），進一步采用MPC非線性后壓縮的手段實現從“皮秒”到“飛秒”的轉化。通過合理設計MPC參數，采用單級MPC裝置將皮秒激光的脈寬從9.13 ps壓縮至477 fs，系統(tǒng)總效率達73.4%，最終輸出飛秒激光功率達到了56.5W，方案具有高效率、高穩(wěn)定、高光束質量和定標放大的能力，為高功率飛秒激光的產生提供了全新的可行性技術路徑。

圖1.實驗裝置圖

圖2.光譜展寬和脈沖壓縮結果(653 fs為自相關曲線寬度，乘以反卷積因子0.73為實際脈沖寬度)

相關工作得到了國家自然科學基金、上海市啟明星計劃、中科院青年創(chuàng)新促進會等項目的支持。

原文鏈接：https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-30-14-24276&id=477111