全固化Yb激光泵浦的高功率飞秒光学参量振荡器研究

Synchronously pumped femtosecond optical parametric oscillator is an effective way to get ultrafast coherent optical source from ultraviolet to mid-infrared. Previous researches mainly employ femtosecond Ti:sapphire oscillator as the pump, and as a result the output power is low and the system is complicated and expensive. Based on the experience on diode-pumped mode-locked Yb laser and Ti:sapphire laser pumped femtosecond optical parametric oscillator, we will carry on the research on high power all-solid-state Yb laser pumped near-infrared femtosecond optical parametric oscillator. By using of the home-made femtosecond mode-locked Yb laser with output power of 5 W, pulse duration of about 300 fs and wavelength of about 1 μm as the pump, we will research the high power near-infrared femtosecond optical parametric oscillator, which will result in tunable near-infrared ultrafast laser from 1.3-2.0 μm with pulse duration of about 300 fs and average output power on the order of one watt. This reasearch involves key scientific and technical issues such as broadband phase matching, dispersion management,precise laser synchronization, and so on, which is novel not only because it can produce higher power tunable near-infrared ultrafast laser, but can effectively reduce the cost. Hence, there is promising applications in a number of research fields.

同步泵浦的飞秒光学参量振荡器是获得从紫外到中红外波段超快激光的有效手段。此前的研究主要利用飞秒钛宝石振荡器为泵浦源，其输出功率较低，且结构复杂、价格昂贵。基于我们在二极管泵浦锁模Yb激光器和钛宝石同步泵浦飞秒光学参量振荡器的良好研究基础，计划开展高功率全固化Yb激光泵浦的近红外飞秒光学参量振荡器的研究。利用平均功率为5 W、脉冲宽度为300 fs、波长在1 μm附近的飞秒Yb激光器作为泵浦源，研究高输出功率的飞秒光学参量振荡器，实现脉冲宽度约为300 fs、平均功率为瓦级，波长范围1.3-2.0 μm连续可调谐的近红外超快激光输出。本项目涉及到宽带相位匹配技术、色散控制、精密激光同步等关键科学和技术问题，是具有创新意义的工作，不仅可以实现更高功率的可调谐近红外超快激光，而且可以有效降低成本，在许多研究领域具有广泛的应用前景。

同步泵浦的飞秒光学参量振荡器是获得从紫外到中远红外波段超快相干光源的有效手段。此前的研究主要利用飞秒钛宝石振荡器为泵浦源，其输出功率较低，且价格昂贵。基于我们在二极管泵浦锁模Yb激光器和钛宝石同步泵浦飞秒光学参量振荡器的良好研究基础，本项目开展了全固态飞秒Yb振荡器同步泵浦的光学参量振荡器研究。首先基于半导体可饱和吸收镜（SESAM）被动锁模技术，在一系列国产新型Yb掺杂激光晶体和陶瓷介质中实现了稳定的大功率飞秒激光脉冲；系统掌握了二极管泵浦全固态激光器的克尔透镜锁模（KLM）技术，可以在1 µm波段获得脉冲宽度小于100 fs的超短脉冲激光，特别是在二极管泵浦Yb:CYA激光器中，获得了脉冲宽度仅为33 fs的实验结果，这是目前利用二极管泵浦Yb掺杂固体激光器得到的最短脉冲宽度。然后利用2 W平均功率的飞秒Yb:LYSO激光器同步泵浦周期极化铌酸锂（PPLN）晶体，实现了飞秒光学参量振荡。信号光的调谐范围为1428-1763 nm，最大输出功率为355 mW（1628 nm）。进一步通过信号光的腔内倍频，实现了767-874 nm的波长调谐范围，最大输出功率为180 mW（798 nm），典型的脉冲宽度为313 fs。本项目成功实现了全固化Yb激光器同步泵浦的飞秒光学参量振荡器以及腔内倍频，为获取可调谐近红外超快激光提供了技术基础，并且可以进一步扩展至紫外-可见以及中红外波段，在飞秒光学频率梳、超快光谱学、大气探测等领域具有潜在的应用前景。