華日激光超快光纖激光實(shí)驗(yàn)室基于NALM鎖模技術(shù)，優(yōu)化光學(xué)設(shè)計(jì)、電學(xué)控制與機(jī)械封裝，研制出可自啟動(dòng)的微型飛秒和皮秒9字腔激光種子源。

超快激光技術(shù)在精密測量、航天航空、工業(yè)生產(chǎn)、生物醫(yī)療以及科學(xué)研究等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。作為超快激光的核心組件，目前市面上大部分皮秒和飛秒種子源都使用半導(dǎo)體可飽和吸收鏡（Semiconductor Saturable Absorber Mirror, SESAM）鎖模。

這種基于SESAM的被動(dòng)鎖模方案技術(shù)成熟，自2016年起已在華日激光實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)。然而，種子源內(nèi)部的核心器件SESAM目前嚴(yán)重依賴進(jìn)口，并且SESAM本身存在損傷閾值低、恢復(fù)時(shí)間長等劣勢，導(dǎo)致皮秒和飛秒種子源輸出功率偏低。

相較而言，基于非線性放大環(huán)形鏡（Nonlinearamplifyingloopmirror，NALM）原理的新型全光纖振蕩器無SESAM器件，具有噪聲低、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，在低噪聲脈沖放大、光學(xué)頻率梳等先進(jìn)激光技術(shù)與應(yīng)用領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。

圖1：全光纖9字腔結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2：Sagnac環(huán)透射率隨非線性相移量的變化

全光纖NALM激光器一般呈9字型結(jié)構(gòu)，故也被稱為9字腔激光器，其通過引入非線性相移和非對稱分布的Sagnac環(huán)來實(shí)現(xiàn)鎖模（圖1）。光脈沖經(jīng)過耦合器進(jìn)入環(huán)行腔后，分為兩個(gè)沿相反方向傳輸?shù)拿}沖。由于環(huán)內(nèi)增益光纖位置的非對稱性，導(dǎo)致兩路光脈沖經(jīng)歷的非線性效應(yīng)不同，兩脈沖重新在耦合器處相遇并發(fā)生干涉時(shí)，各自積累的非線性相移不同（圖2）。相位差在2π時(shí)兩脈沖相干相長，相位差在π時(shí)兩脈沖相干相消，Sagnac環(huán)展現(xiàn)出類似于可飽和吸收體的強(qiáng)光高透、弱光低透的光開光特性，可以實(shí)現(xiàn)鎖模。

同時(shí)，Sagnac環(huán)具有顯著的光濾波特性，對脈沖時(shí)/頻域中強(qiáng)度較高部分高透，強(qiáng)度較低部分低透，可有效抑制噪聲，形成穩(wěn)定、低噪聲的超短脈沖輸出。

華日激光超快光纖激光實(shí)驗(yàn)室（Huaray UFLL）基于NALM鎖模技術(shù)，優(yōu)化光學(xué)設(shè)計(jì)、電學(xué)控制與機(jī)械封裝，研制出可自啟動(dòng)的微型飛秒和皮秒9字腔激光種子源。

圖3：飛秒種子光譜

圖4：皮秒種子光譜

圖5：飛秒種子源功率穩(wěn)定性

激光器使用全保偏光纖方案，結(jié)合華日專利技術(shù)調(diào)教，壽命長、噪聲低、穩(wěn)定性高。飛秒種子源中心波長1030 nm，重復(fù)頻率20-100 MHz可定制，光譜寬度>15 nm，脈寬可壓縮至<100 fs，烤機(jī)功率波動(dòng)RMS <0.3%，相對強(qiáng)度噪聲RIN <-150 dBc/Hz @100 kHz；皮秒種子源中心波長1064 nm, 重復(fù)頻率20-100 MHz可定制, 光譜寬度<0.6 nm，脈沖寬度10 ps。

以上技術(shù)突破，對華日激光超快激光產(chǎn)品線來說，可謂突破性創(chuàng)新，華日激光在超快激光器技術(shù)領(lǐng)域，已進(jìn)入國際領(lǐng)先水平。