超快光纤激光技术之四十二基于多模光纤的再生放大器

文章编号：761 / 更新时间：2024-01-05 13:48:18 / 浏览：次

自1960年问世以来，的应用遍布各行各业。其中，超短超强脉冲在工业加工、量子材料和强场物理等领域发挥着独特的作用。在各类中，激光放大级通常用于实现高能量输出。为了克服固体单通放大增益低（通常小于1dB）的不足，再生放大（或多通放大）技术随之兴起。

再生放大技术利用光开光将脉冲困在腔内，脉冲多次通过增益介质后再被从腔内释放，输出能量可以超过毫焦量级。另外，与固体放大器并行发展的光纤放大器因优异的散热性能，输出远超固体激光器。较长的增益介质允许其具有较高的单通增益（约20dB）。然而，长相互作用距离积累大量的非线性相位，限制了小芯径光纤放大器的输出脉冲能量（通常<10渭J）。

为了提升输出脉冲的能量，被广泛用于光纤放大器中，其较大的芯径可降低非线性相位积累，但是多模传输导致输出光束质量和脉冲质量较差；此外，多模光纤较大的增益区域使得放大自发辐射（ASE）显著高于单模光纤放大器，限制了其在小信号放大中的应用。最近，来自Cornell大学的FrankWise课题组搭建了基于多模光纤的再生放大器，在有效抑制ASE的同时，通过调节再生腔内不同模式的反馈，基模信号经过多次循环之后不断增强，高阶模式不断减弱，最终输出接近变换极限和的高质量脉冲光束。

实验装置如图1所示，种子脉冲能量为0.1nJ，中心波长为1035nm。体布拉格光栅展宽脉冲后进入由PBS、1/2波片和法拉第旋光器组成的环形器。再生腔位于环形器的反射端，由EOM、两端腔镜、多模增益光纤以及一系列光纤耦合器件组成，其中EOM作为光开光控制脉冲出入再生腔。当EOM仅作为透射元件工作时，再生腔与环形器联通，脉冲被允许出入再生腔；当EOM作为1/4波片工作时，再生腔与环形器隔离，腔内脉冲被困住，腔外脉冲被阻挡。多模增益光纤（NufernXLMA-YTF-100/400/480）芯径为100渭m，允许超过200个横模输出，长度为35cm，端面切角1掳，并放置于V型槽内降低耦合损耗。再生腔输出的脉冲从环形器另一端输出，进入同一个体布拉格光栅压缩脉宽，并最终通过光栅对补偿额外的色散，输出高能量超短脉冲。

通过对EOM施加周期性高电压信号，再生腔输出脉冲序列重频为10kHz，脉冲经过12通（6个来回）放大之后能量从100pJ提升至55渭J，增益57dB。输出脉冲光谱、光斑模式以及FROG还原脉冲形状如图4所示，光谱中心波长为1040nm。光M² 超快光纤激光技术之四十二基于多模光纤的再生放 <1.3因子小于1.3，保持着较高的单模能量占比。采用FROG测量脉冲宽度为304fs，接近光谱对应的变换极限脉宽。