自主化核心器件——9字腔飞秒光纤激光器新进展

奥创光子继本年度第三季度完成高重复频率、窄脉宽飞秒9字腔锁模振荡器开发后，针对大能量啁啾脉冲放大（CPA）系统的种子源需求，近期在上述产品基础上又推出了高单脉冲能量的9字腔锁模飞秒激光振荡器。

基于非线性放大环形镜（NALM）结构的非线性光纤光学装置对环形腔内色散、非线性相移等物理量十分敏感，尤其是基于NALM搭建的锁模激光器，其锁模特性和锁模脉冲质量受到NALM自身特性的影响。为了获得较大的单脉冲能量，锁模光纤激光器谐振腔长度通常比较长，由此引入的色散和非线性相移积累需要与锁模激光器的其它色散器件、增益器件相平衡。为此，奥创光子自制了具有较大色散系数的啁啾光纤光栅作为9字腔激光器的一个腔镜，兼具色散补偿和反馈/输出脉冲的功能。该啁啾光纤光栅采用飞秒紫外激光光刻技术制作，峰值反射率达到35%，反射谱曲线如图1，可见光谱调制甚微，并具有良好的边模抑制比；其色散系数在光纤光栅工艺制程中通过调节干涉光路来实现精准调控。

图1. 奥创光子自制啁啾光纤光栅反射谱

9字腔锁模光纤激光器的另一个核心器件是相移器，它是9字腔内实现可饱和吸收效应的关键器件，其相移精度、光纤耦合插损等在奥创光子器件实验室被精确调校，充分保障了该器件用于锁模光纤激光器的参数稳定性、准确性。奥创光子研制的低插损π/2相移器产品实物如图2所示。

图2. 奥创光子自制保偏光纤输入输出π/2相移器产品照片

将上述两个核心光纤无源器件接入9字腔内，在合适的泵浦强度下，还需要精细优化腔内每一器件的尾纤长度来平衡腔内净色散、相移量，方可启动锁模。在啁啾光纤光栅腔镜色散补偿量一定的前提下，我们测试了9字腔内不同位置无源光纤长度对输出脉冲激光的影响，以及不同腔长条件下的锁模效果。在稳定输出单脉冲锁模序列的前提下，该9字腔锁模腔型能够实现重复频率19.8 MHz~32.2 MHz的宽光谱锁模脉冲。锁模脉冲序列及典型光谱见图3。该锁模激光器输出的单脉冲能量最高达到了0.67 nJ，可为全光纤CPA系统提供充足的信号强度，有利于后续光纤放大器的高信噪比放大。

图3. 基于自制核心器件的9字腔锁模光纤激光器输出特性：

a.锁模脉冲序列；b.锁模光谱

目前奥创光子的9字腔锁模光纤激光种子源已具备了覆盖20 MHz~100 MHz重复频率的能力，经腔外色散补偿后可获得亚百飞秒至500 fs的超短脉冲。该系列化产品的大范围重复频率可订制特点，可满足在包括光频梳、高能脉冲放大等不同飞秒激光应用领域的推广；其低损伤风险、长寿命的特点也开辟了向空天、水下等应用场合的扩展。

奥创光子技术有限公司是一家专业从事工业级飞秒激光器及其核心器件研发、生产与应用的国家高新技术企业。总部坐落于浙江省杭州市，目前拥有约10000平方米光学洁净室和办公区。公司创始核心团队由中科院西安光学精密机械研究所国家重点实验室核心队伍及海归超快激光器工程化专家共同组成，其中包括国家万人计划专家、国际知名超快激光器企业首席设计师等，是目前国内超快激光领域的先行者和引领者。

自2018年创立以来，公司已申请150余项专利，已拥有核心技术包括NALM全光纤长寿命锁模种子源量产工艺、高阶色散可调控CFBG制作工艺、抛物脉冲高保真光纤CPA技术、高增益innoslab放大器封装工艺及技术等，结合100%自主设计的超快种子源、温度调谐式啁啾光纤光栅等核心器件，已成功推出千瓦级、毫焦级、超短脉宽等系列化飞秒激光器产品，并在国内率先实现工业领域批量出货，年量产出货超过500台，打破了该领域被国外产品长期垄断的局面。

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