166 W皮秒串模式脉冲光纤放大器

中科院半导体所全固态光源实验室林学春课题组在串模式脉冲光纤放大器方面的研究取得了新进展。研究团队基于全光纤结构的Q锁模激光种子源实现串模式脉冲光纤放大器，平均功率166 W，总能量8.3 mJ。这是首次打破平均功率150 W、脉冲能量8 mJ的无任何同步脉冲选择的脉冲串模式光纤放大器。

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串模式脉冲激光器通常具有kHz量级的重复频率，子脉冲重频从百MHz到GHz。这种低重频、大能量的串模式脉冲激光器应用广泛，比如光注入驱动激光器、高速光通信、激光诊断、流场分析以及激光雷达等领域，均对激光重复频率（kHz量级）和大能量（mJ级）激光脉冲有很大的需求。由于其在材料加工中具有更低的热效应而展现出卓越的优势，因此，激光材料烧蚀也急需此类大功率、大能量的激光器。毕尔肯大学最近在Nature上报道了采用非常高平均功率的脉冲串激光进行无热损伤烧蚀大部分目标材料的研究进展。

光纤放大是产生高功率、高效率脉冲串激光的有效手段。但是高平均功率与高脉冲能量的同时实现是一个巨大的挑战。目前，高平均功率、高脉冲能量一般通过特殊设计的光纤或复杂的多级光纤放大器，外加脉冲选择和同步脉冲泵浦方式来实现。2015年，林学春研究团队报道了一个85 W串脉冲光纤放大器，重频154 kHz，单个串能量约0.5 mJ，种子源为固体调Q锁模激光器。调Q锁模（QML）相比连续锁模（CWML）被证明是一种更具吸引力的串模式脉冲激光种子源的产生方式，因为这种脉冲序列极像脉冲串，可以通过固体或者光纤化的振荡器实现，不需要外部声光调制器（AOM）或者其它脉冲选择器件。

最近几年，针对串重频10 kHz~1 MHz、子脉冲宽约100 ps的高平均功率、高脉冲能量脉冲串激光器的研究很热门。这种激光器对于理解反应与非反应高速流体的高温物理化学过程极其关键。

2017年5月，林学春团队报道了一个紧凑的166 W串模式脉冲光纤放大器，种子源是Q锁模的光纤振荡器，无脉冲选择器。这是首次基于全光纤结构的Q锁模激光种子源实现串模式脉冲光纤放大器。该结构更加集成化、坚固和可控。脉冲串重复频率20 kHz，总能量8.3 mJ，持续时间大约20 μs，串内包括800个锁模脉冲，子脉冲重复频率40 MHz，脉宽112 ps。泵浦功率为230 W，光光转换效率约为74%。据已知报道，这是首次打破平均功率150 W、脉冲能量8 mJ的无任何同步脉冲选择的脉冲串模式光纤放大器。

相关研究成果以8.3 mJ, 166 W Burst Mode Pulse Fiber Amplifier based on a Q-Switched Mode-Locked Fiber Seed Laser 为题，发表在IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics [24(3), 3100105 (2018)] 上。

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