兼顧高重復頻率（>1 GHz）、高平均功率（>1 W）和短脈沖寬度（<200 fs）的超快激光在飛秒光學頻率梳、非線性顯微成像等科學研究領域具有重要應用價值。對其功率和能量進一步放大，并對時域脈沖進行調制，使其工作在脈沖串模式，產(chǎn)生的GHz-Burst飛秒激光在精密微納加工領域可兼顧納秒長脈沖激光的高效率與飛秒短脈沖激光的高質量加工優(yōu)勢。然而，傳統(tǒng)克爾透鏡鎖模（KLM）全固態(tài)GHz飛秒激光器通常使用功率1 W左右的單模光纖耦合LD作為泵浦源，使得激光器平均輸出功率僅在10~100 mW量級，極低的單脈沖能量限制了絕大多數(shù)重要的研究應用。

西安電子科技大學超快激光技術與研究中心致力于高功率、窄脈寬、高光束質量飛秒激光技術及其前沿應用研究。團隊在GHz飛秒鎖模研究中相繼實現(xiàn)了2 GHz、1.7 W、145 fs (Opt. Express 29, 12950 (2021))和1.6 GHz、6.17 W、184 fs (HPLSE 12, e66 (2024))的輸出指標。最近又發(fā)展了硬孔KLM技術，直接從振蕩器中輸出平均功率11.1 W、脈沖寬度149 fs的1 GHz重復頻率飛秒激光（圖1），單脈沖能量達10.3 nJ。該結果是目前GHz重復頻率飛秒激光器的最高平均功率，同時峰值功率達60.8 kW，利用此飛秒光源無需借助額外的功率放大，即可滿足多級非線性諧波頻率變換、超連續(xù)譜產(chǎn)生、雙光子子顯微成像等所需的激光強度。相關研究成果發(fā)表于Opt. Lett. 49, 7024-7027 (2024)。論文第一作者為團隊碩士生陶杰，合作單位包括陜西理工大學、江蘇師范大學和中國科學院物理研究所。

圖1 10 W級GHz重復頻率飛秒振蕩器部分輸出參數(shù)

團隊進一步推出了5 W、10 W不同功率的GHz全固態(tài)飛秒激光器工程機（Ceres系列）。通過緊湊的光機電一體化設計，激光器可實現(xiàn)一鍵啟動、24小時連續(xù)穩(wěn)定運轉。在未進行腔長鎖定的情況下，自由運轉的積分時間抖動僅為155 fs（1 kHz~1 MHz），部分測試參數(shù)如圖2所示。

圖2 Ceres系列GHz全固態(tài)飛秒激光器部分測試參數(shù)

文章來源：西電超快激光技術與應用研究中心

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