飛秒激光具有窄脈寬、寬光譜、高峰值功率等特點，是科學研究和工業(ye) 加工的理想工具。光纖飛秒激光係統憑借著輸出功率高、光束質量好、結構簡單等優(you) 勢迅速發展，然而受到光纖纖芯麵積小和增益帶寬有限的固有限製，很難直接輸出高質量、窄脈寬的高能量脈衝(chong) 。

利用啁啾脈衝(chong) 放大技術雖然可以獲得較高的單脈衝(chong) 能量，但是由於(yu) 其放大過程中不存在光譜展寬的過程，同時強烈的增益窄化作用還會(hui) 導致輸出脈衝(chong) 寬度變寬，其輸出的脈衝(chong) 寬度往往在百飛秒量級。自相似放大技術通過控製放大過程中的非線性效應使其積累線性啁啾，能夠在脈衝(chong) 功率放大的同時實現脈衝(chong) 光譜的展寬，支持高脈衝(chong) 能量，且輸出結果與(yu) 入射脈衝(chong) 的形狀無關(guan) 。另外，在脈衝(chong) 放大過程中產(chan) 生的線性啁啾能夠通過光柵對進行壓縮，為(wei) 獲得高功率、高能量的飛秒脈衝(chong) 激光輸出提供了條件。

與(yu) 啁啾脈衝(chong) 放大技術努力降低光纖中的非線性效應以保證脈衝(chong) 的形狀和光譜形狀不被自相位調製影響而發生畸變不同，自相似放大技術就是要利用自相位調製的特性來展寬光譜。通過時間帶寬積理論可知，光譜越寬對應的極限脈衝(chong) 就越窄。但是，如果任意一個(ge) 脈衝(chong) 放任自相位調製展寬光譜，最終的結果一定是出現脈衝(chong) 畸變、產(chan) 生裙底、信噪比降低等問題。

對自相似脈衝(chong) 放大理論研究表明，在不考慮光纖吸收損耗和高階色散的情況下，脈衝(chong) 在沒有長度限製的正色散增益光纖中傳(chuan) 輸及放大時，非線性薛定愕方程就能夠求出帶有線性啁啾的自相似漸近解，其包絡形狀最終會(hui) 演化成拋物線型。由於(yu) 自相位調製積累的非線性相位是與(yu) 脈衝(chong) 相同形狀的函數，因此對於(yu) 拋物線型脈衝(chong) ，不論自相位調製如何積累，其對應的啁啾都是常數，這就將非線性啁啾變成了線性啁啾，那麽(me) 這樣積累出來的非線性相位就也能像線性啁啾那樣利用具有線性啁啾的脈衝(chong) 壓縮器對其進行壓縮。

這無疑為(wei) 光纖放大係統的壓縮過程提供了新的方式，為(wei) 得到高功率、無啁啾的超短脈衝(chong) 激光提供了新的可能。和啁啾脈衝(chong) 放大不同，在自相似脈衝(chong) 放大係統中，光譜在自相位調製的作用下跟時域脈衝(chong) 一起被展寬，根據時間帶寬積，就容易實現脈衝(chong) 壓縮後的脈寬比種子脈寬更窄。在放大器的參數固定不變時，自相似放大隻與(yu) 入射脈衝(chong) 的初始能量有關(guan) ，不受入射脈衝(chong) 形狀、寬度等參數的影響。

圖1 (a)脈衝(chong) 在時域傳(chuan) 輸時的波形

(b)脈衝(chong) 在頻域傳(chuan) 輸時的波形

隨著奧創光子不斷攻堅克難，已成功掌握了1030 nm波段自相似放大技術。使用奧創光子自製的SESAM鎖模光纖激光振蕩器作為(wei) 種子源，通過增益控製和色散管理的結合，實現了全光纖結構的自相似放大器。色散補償(chang) 後的脈衝(chong) 自相關(guan) 曲線如圖2所示，此時的脈衝(chong) 寬度接近變換極限。較窄的脈衝(chong) 寬度有利於(yu) 在增益過程中獲得較高的峰值功率，並由此更好地利用自相位調製效應實現光譜展寬。色散補償(chang) 後的脈衝(chong) 進入自相似放大階段，放大後脈衝(chong) 光譜的包絡呈顯著的拋物線型，光譜中心波長位於(yu) 1030 nm附近，沒有發生明顯的偏移，光譜帶寬大於(yu) 20 nm，且自主可控（如圖3）。對應的自相關(guan) 曲線表明，時域脈衝(chong) 已經同樣演化為(wei) 拋物線型（如圖4）。此時，脈衝(chong) 能夠被輕易壓縮至小於(yu) 100 fs。

圖2 色散補償(chang) 後的自相關(guan) 圖像

圖3 自相似放大後光譜形狀

圖4 自相似放大後自相關(guan) 圖像

奧創光子掌握的自相似放大技術具有諸多應用優(you) 勢。首先，為(wei) 下一級功率放大和能量放大提供穩定、高線性啁啾度、高功率的種子源。目前，奧創光子通過將自相似放大技術與(yu) 啁啾脈衝(chong) 放大技術結合，實現了單脈衝(chong) 能量大於(yu) 100 uJ、脈衝(chong) 寬度小於(yu) 170 fs的高能飛秒脈衝(chong) 激光器（如圖5）。其次，為(wei) 非線性脈衝(chong) 壓縮技術提供高能量的拋物線形脈衝(chong) ，提高展寬光譜的線性啁啾度，為(wei) 輸出高質量的單周期飛秒激光脈衝(chong) 帶來了新機遇。最後，自相似放大輸出的線性啁啾拋物線脈衝(chong) 還在高相幹度超連續譜產(chan) 生、任意脈衝(chong) 時域形狀合成和光學信息處理等領域具有重要的應用價(jia) 值。

圖5 單脈衝(chong) 能量大於(yu) 100 uJ時對應的自相關(guan) 圖像

奧創光子自2018年創立以來，公司已申請140餘(yu) 項專(zhuan) 利，已掌握了高能高功率飛秒脈衝(chong) 放大技術、啁啾體(ti) 布拉格光柵色散補償(chang) 技術、波長轉換等關(guan) 鍵核心技術，結合自主設計製造的超快種子源、溫度調諧式啁啾光 纖光柵等核心器件已成功推出係列化飛秒激光器產(chan) 品，並在國內(nei) 率先實現工業(ye) 領域批量出貨，打破了該領域被國外產(chan) 品長期壟斷的局麵。目前奧創光子不斷迎合當前市場對於(yu) 航天航空，新能源鋰電，電子消費等高端精密行業(ye) 的發展節奏壯大自身，不斷為(wei) 先進製造產(chan) 業(ye) 轉型升級夯實基礎，促進發展。

來源：奧創光子