近日，中国科学院上海光学精密机械研究所空天激光技术与系统部周佳琦研究员及其团队，与中国科学院大学杭州高等研究院冯衍研究员合作，在重复频率和波长灵活的飞秒激光产生领域取得了重要进展。相关研究成果以“Repetition-rate and wavelength flexible femtosecond laser pulse generation”为题，发表于国际知名期刊《Laser & Photonics Reviews》上。

研究背景

传统锁模光纤激光器由于其谐振腔结构和稀土掺杂光纤增益谱范围的限制，难以实现重复频率和波长灵活的飞秒脉冲输出。为了克服这一技术瓶颈，周佳琦研究员领导的研究团队采用了一种创新的方法，即通过将增益开关激光二极管和非线性光学增益调制相结合，成功开发出了新型的飞秒拉曼脉冲产生技术。

技术创新

这项新技术能够实现重复频率连续大范围可调的飞秒激光脉冲输出。在实验中，研究团队利用1065纳米增益开关激光二极管作为泵浦源，成功地在一阶拉曼1121纳米脉冲的情况下，实现了从1兆赫兹到150兆赫兹的重复频率连续调节。同时，单个脉冲的能量超过100纳焦耳，脉宽压缩到了525飞秒，最大拉曼转换效率达到了80.2%。通过进一步利用级联非线性光学增益调制，研究人员还获得了二阶拉曼1178纳米的飞秒激光脉冲输出，展示了其波长的灵活性。

应用前景

这一研究成果提供了一种新颖的飞秒激光脉冲产生方法，具有显著的技术优势，尤其是在非线性光学成像和激光微纳加工等高科技领域，展现了广阔的应用前景。该技术的发展有望推动相关产业的技术革新，为科学研究和工业应用带来新的可能性。

此次研究不仅标志着我国在飞秒脉冲激光技术领域取得了重大突破，也为未来在非线性光学领域的深入探索奠定了坚实的基础。我们期待这一技术在未来能够得到更广泛的应用，为科技进步和社会发展贡献力量。

飞秒脉冲激光技术

飞秒脉冲激光技术是一种利用极其短暂的激光脉冲进行材料处理的技术。飞秒（fs）是一秒的千万亿分之一（10^-15秒），因此飞秒激光脉冲的时间非常之短。

极短的脉冲持续时间：飞秒激光的脉冲持续时间可以从几十飞秒到几百飞秒不等，这意味着即使是以光速行进，在如此短的时间内也只能前进极小的距离（约0.3微米）。

高瞬时峰值功率：尽管每个脉冲的能量可能并不特别高，但由于脉冲持续时间极短，所以它们能够产生极高的瞬时峰值功率，可以达到百万亿瓦特（太瓦，TW）级别。

非线性效应：由于其高功率密度，飞秒激光能够诱导材料中的非线性光学效应，这使得它非常适合用于精密加工和科学研究。

高空间分辨率：飞秒激光可以聚焦到亚微米级别的小区域，这对于需要极高精度的应用非常重要。

冷加工：由于脉冲持续时间极短，材料几乎没有时间吸收足够的热量以导致热扩散，因此飞秒激光加工通常被认为是“冷加工”，可以减少热影响区，避免材料损伤。

飞秒脉冲激光技术的应用领域广泛，包括但不限于：

材料科学：用于材料改性、纳米加工和表面处理。

生物医学工程：如眼科手术中的飞秒激光角膜切割。

科学研究：用于超快化学反应研究、物质的超快动力学过程研究等。

工业加工：精密切割、钻孔和雕刻，特别是在硬脆材料和敏感材料上的应用。

无损检测：利用二次谐波生成（SHG）等方法进行材料表征和检测。

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