高功率、高能量、全光纤马米舍夫振荡器

全光纤Mamyshev振荡器的实验装置。资料来源：超快科学

高功率/能量的超快光纤激光器在材料加工、医药、先进制造等领域有广泛的应用。与固体激光器相比，光纤激光器具有系统紧凑、灵活、散热好、光束质量高等优点。

然而，由于光纤内部存在严重的非线性效应，超快光纤激光器，尤其是全光纤结构的光纤激光器，其单脉冲能量和平均功率仍然落后于固体激光器。近年来，由于马米舍夫振荡器在产生高能量超快脉冲方面的潜力，吸引了许多研究的关注。

最近，国防科技大学的一个研究小组报告了一个基于核心/包层直径为10/125μm的全偏振保持光纤的马米舍夫振荡器，并实现了153nJ的单脉冲能量，压缩脉冲宽度为73fs。此外，通过调整腔体参数，获得了最大的5阶谐波模式锁定操作，输出平均功率为3.4W，压缩脉冲宽度为100fs。

最近，他们题为 "All-PM Fiber Mamyshev Oscillator Delivers Hundred-Nanojoule and Multi-Watt Sub-100 fs Pulses "的工作发表在超快科学上。

近年来，基于具有级联光谱展宽和偏移光谱过滤效应的马米舍夫振荡器，超快光纤激光器的脉冲能量和平均功率得到了极大的改善。连续光和弱脉冲将在马米舍夫振荡器中被阻断。由于充分的光谱展宽，强脉冲在经过两个不同中心波长的滤光片后可以在腔内存活，并可以获得大脉冲能量的超快激光。

然而，以前的成果大多采用空间结构，并引入了大量的自由空间元件进行信号准直和耦合，这使得系统变得繁琐且容易受到干扰。

"我们的目标是实现全光纤结构的高功率/能量超快光纤激光器，"A/Prof. Can Li解释说。在《超快科学》的论文中，报告了一个基于全偏振保持光纤的马米舍夫振荡器，其芯/包层直径为10/125微米。

与传统的马米舍夫振荡器（通常由两级增益光纤放大组成）相比，拟议的激光器中只有一个放大臂。一根无源光纤被用来拓宽另一臂的光学光谱，缓解了腔体内的非线性相位积累，同时使系统更加紧凑。

该研究小组分别实现了高性能的超快光纤激光器，单脉冲能量为153nJ，平均功率为3.4W，这代表了皮秒/飞秒脉冲持续时间的全光纤超快激光振荡器所获得的脉冲能量和平均功率的最高记录。

"周璞教授说："通过采用更大芯径的光纤和对非线性相位积累有更高容忍度的新脉冲演化机制，具有更高功率/脉冲能量的全光纤超快激光器是可以期待的。
参考资料：Tao Wang et al, All-PM Fiber Mamyshev Oscillator Delivers Hundred-Nanojoule and Multi-Watt Sub-100 fs Pulses, Ultrafast Science (2023). DOI: 10.34133/ultrafastscience.0016