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特邀综述 | 飞秒光纤激光相干合成技术最新进展

已有 175 次阅读 2021-2-8 08:51 |系统分类:论文交流

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文章信息

飞秒光纤激光相干合成技术最新进展

Recent progress of coherent combining technology in femtosecond fiber lasers

王井上, 张瑶, 王军利, 魏志义, 常国庆

物理学报. 2021, 70 (3): 034206

原文链接    PDF


背景介绍

1960年5月16日,西奥多·梅曼建造了第一台激光器。之后的六十年,激光技术迅猛发展,各式各样的激光器层出不穷。目前常见的激光器有全固态激光器、气体激光器、半导体激光器和光纤激光器等。光纤激光器因具有光束质量高、成本相对低廉、散热性能优异、电光转换效率高、结构简单和空间体积小等优点,在一众激光器中脱颖而出,受到广泛关注。


2012 年,在欧盟提出的国际相干放大网络 (ICAN) 项目的推动下,高平均功率和高单脉冲能量的飞秒光纤激光成为了超快激光研究领域中的一大热点。这种具有极端输出参数的超快光源有望在基础科研和工业应用中大放异彩。典型潜在应用包括:1) 较高光束质量的高能量超短脉冲可用于清除太空垃圾;2) 平均功率大于105 W 的毫焦量级超短脉冲可用于加速粒子;3) 高平均功率超短脉冲可以用来产生适合光刻要求的高通量极紫外脉冲。


文章导读

为了满足上述及更多工业与科研的重大需求,需要飞秒脉冲光纤激光器拥有更高的平均功率与脉冲能量。虽然目前的超短脉冲在光纤放大过程中受到很多因素限制,如脉冲峰值功率需要小于自聚焦阈值、平均功率要小于横模不稳定性阈值等。但时间分脉冲放大、相干合成等技术的发展为高功率大能量超快光纤激光指明了方向。借助相干合成技术,德国耶拿课题组在光纤激光器中分别创造了23 mJ 的单脉冲能量和10.4 kW 平均功率这两项世界记录,为高功率大能量超快光纤激光实用化铺平了道路。


《物理学报》2021年第3期“特邀综述”栏目刊登了中国科学院物理研究所常国庆研究员团队的综述文章“飞秒光纤激光相干合成技术最新进展”,本综述聚焦超快光纤激光相干合成技术,围绕平铺孔径与填充孔径两种合成技术展开,详细介绍了近四年飞秒光纤激光相干合成技术及相位锁定方法的研究进展并归纳了技术发展的思路,希望可为该领域的蓬勃发展起到助推作用。相信在不远的将来,飞秒光纤激光相干合成系统的单脉冲能量和平均功率将不断攀升,从而开创许多崭新的研究领域。


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图1   近年来掺镱光纤CPA系统的脉冲能量与平均功率发展趋势


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图2   12路相干合成的装置图

作者简介

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常国庆,中国科学院物理研究所特聘研究员, 博士生导师。在清华大学电子工程系先后获得学士和硕士学位。2006年在美国密歇根大学电子工程系获得博士学位。2007年在密歇根大学超快光科学中心从事博士后工作。2008—2011年在麻省理工学院电子工程系先从事博士后工作, 后任研究员。2012—2017年, 获聘Helmholtz研究员,在德国自由电子激光科学中心创建超快激光与相干成像实验室, 担任实验室主任 (永久职位)。2017年加入中国科学院物理研究所。主要研究方向包括高功率高能量超快光纤激光技术、超快生物光子学、超快中红外激光技术等。



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