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超强激光科学卓越创新简报

(第六百九十七期)

2025年8月21日

上海光机所在重复频率可调、脉冲能量微焦级的飞秒光纤激光研究方面取得进展

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所超强激光科学与技术全国重点实验室研究团队在重频可调的微焦级超快光纤激光研究方面取得进展。相关研究结果以“Repetition-rate tunable ultrafast microjoule Yb-fiber lasers”为题发表于Chinese Optics Letters。

脉冲能量微焦级的飞秒激光在生物眼科医疗和复合材料微加工领域一直备受关注。在眼科领域中，激光辅助原位角膜磨镶术（LASIK）和小切口角膜基质透镜取出术（SMILE）等近视矫正手术，都依赖这类激光实现高精度角膜结构处理，相比传统机械刀片优势显著。但当前商用微焦级飞秒激光器多采用固定的重复频率。固定的重频虽降低了激光系统复杂度，却难以应对需要更低重频、更高能量飞秒脉冲的应用需求，如飞秒激光辅助白内障手术（FLACS），通常需要数百kHz重频，5-10 μJ的飞秒脉冲。发展重复频率可调、脉冲能量微焦级的飞秒激光，可以拓展其应用的灵活性。

在这项工作中，研究人员基于光纤啁啾脉冲放大技术，采用定制的啁啾光纤布拉格光栅作为脉冲展宽器，匹配透射式光栅压缩器的二阶、三阶色散，实现了脉冲能量微焦级的飞秒脉冲。该光纤激光系统利用光纤式声光调制器进行脉冲选单，实现脉冲重频在 200 kHz 至 2 MHz 范围内灵活调节。在2 MHz重频下，系统可输出1 μJ、143 fs的脉冲；在200 kHz重频下，系统可输出10 μJ、157 fs的脉冲。系统工作在其他重频下的输出脉冲宽度均小于180 fs。该系统功率稳定性和光束质量优异，为实际应用提供了可靠性能保障。本项工作提供了一套能量微焦级、重频大范围调谐的全光纤飞秒脉冲产生方案，有望应用于生物眼科医疗和复合材料微加工领域。

相关工作得到国家重点研发计划、上海市浦江计划以及国家自然科学基金等项目支持。

原文链接

图 1.输出脉冲的特性。（a）2 MHz：功率放大器（蓝色曲线）和脉冲压缩器（橙色曲线）的输出光谱。（b）2 MHz：输出脉冲自相关迹（橙色曲线）和 依据光谱计算的傅里叶变换极限（FTL）自相关迹（浅绿色曲线）（c）200 kHz：功率放大器（蓝色曲线）和脉冲压缩器（橙色曲线）的输出光谱。（d）200 kHz：输出脉冲自相关迹（橙色曲线）和 FTL自相关迹（浅绿色曲线）

图 2.（a）对应重复频率的脉冲能量（蓝色方块）和脉冲宽度（橙色三角形）。（b）光纤放大器在2 MHz（蓝色实心方块）和 200 kHz（橙色实心方块）重复频率下的放大斜效率（SE）。（c）在 2 MHz（蓝线）和 200 kHz（橙线）重复频率下的输出平均功率稳定性。（d）压缩脉冲在x和y方向的M2测量值 （10 μJ）。插图：输出光斑轮廓。    

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