近期，中國科學院上海光學精密機械研究所超強激光科學與技術全國重點實驗室研究團隊在重頻可調的微焦級超快光纖激光研究方面取得進展。相關研究結果以“Repetition-rate tunable ultrafast microjoule Yb-fiber lasers”為題發表于Chinese Optics Letters。
 

　　脈沖能量微焦級的飛秒激光在生物眼科醫療和復合材料微加工領域一直備受關注。在眼科領域中，激光輔助原位角膜磨鑲術(LASIK)和小切口角膜基質透鏡取出術(SMILE)等近視矯正手術，都依賴這類激光實現高精度角膜結構處理，相比傳統機械刀片優勢顯著。但當前商用微焦級飛秒激光器多采用固定的重復頻率。固定的重頻雖降低了激光系統復雜度，卻難以應對需要更低重頻、更高能量飛秒脈沖的應用需求，如飛秒激光輔助白內障手術(FLACS)，通常需要數百kHz重頻，5-10 μJ的飛秒脈沖。發展重復頻率可調、脈沖能量微焦級的飛秒激光，可以拓展其應用的靈活性。
 

　　在這項工作中，研究人員基于光纖啁啾脈沖放大技術，采用定制的啁啾光纖布拉格光柵作為脈沖展寬器，匹配透射式光柵壓縮器的二階、三階色散，實現了脈沖能量微焦級的飛秒脈沖。該光纖激光系統利用光纖式聲光調制器進行脈沖選單，實現脈沖重頻在 200 kHz 至 2 MHz 范圍內靈活調節。在2 MHz重頻下，系統可輸出1 μJ、143 fs的脈沖；在200 kHz重頻下，系統可輸出10 μJ、157 fs的脈沖。系統工作在其他重頻下的輸出脈沖寬度均小于180 fs。該系統功率穩定性和光束質量優異，為實際應用提供了可靠性能保障。本項工作提供了一套能量微焦級、重頻大范圍調諧的全光纖飛秒脈沖產生方案，有望應用于生物眼科醫療和復合材料微加工領域。
 

　　相關工作得到國家重點研發計劃、上海市浦江計劃以及國家自然科學基金等項目支持。
 

　　圖 1.輸出脈沖的特性。(a)2 MHz：功率放大器(藍色曲線)和脈沖壓縮器(橙色曲線)的輸出光譜。(b)2 MHz：輸出脈沖自相關跡(橙色曲線)和 依據光譜計算的傅里葉變換極限(FTL)自相關跡(淺綠色曲線)(c)200 kHz：功率放大器(藍色曲線)和脈沖壓縮器(橙色曲線)的輸出光譜。(d)200 kHz：輸出脈沖自相關跡(橙色曲線)和 FTL自相關跡(淺綠色曲線)
 

　　圖 2.(a)對應重復頻率的脈沖能量(藍色方塊)和脈沖寬度(橙色三角形)。(b)光纖放大器在2 MHz(藍色實心方塊)和 200 kHz(橙色實心方塊)重復頻率下的放大斜效率(SE)。(c)在 2 MHz(藍線)和 200 kHz(橙線)重復頻率下的輸出平均功率穩定性。(d)壓縮脈沖在x和y方向的M2測量值 (10 μJ)。插圖：輸出光斑輪廓。