全光纖結(jié)構(gòu)的啁啾脈沖放大（CPA）系統(tǒng)作為飛秒光纖激光系統(tǒng)的前端信號光源，其提供的信號強(qiáng)度、時域頻域特性決定了后續(xù)提升激光功率的光纖放大器的級數(shù)和復(fù)雜程度；一臺高平均功率鎖模激光振蕩器作為CPA的種子源，其提供的高強(qiáng)度種子光信號不僅可以有效提升激光放大系統(tǒng)的輸出信噪比，還有利于抑制放大自激輻射、提高激光增益介質(zhì)的提取效率。然而，由于光纖波導(dǎo)的非線性特征，在光纖飛秒激光系統(tǒng)中獲得穩(wěn)定的高平均功率單脈沖序列輸出，相比固態(tài)飛秒激光系統(tǒng)更具有挑戰(zhàn)性。

目前，基于光纖的激光系統(tǒng)在不同的色散區(qū)域可以產(chǎn)生各種不同類型的超短脈沖，例如：在負(fù)色散區(qū)產(chǎn)生傳統(tǒng)孤子，近零色散區(qū)產(chǎn)生自相似演化孤子，在全正色散區(qū)產(chǎn)生耗散孤子以及色散管理孤子。這是超短脈沖光纖激光系統(tǒng)中色散、非線性、增益和損耗等因素之間平衡的結(jié)果。當(dāng)系統(tǒng)中的非線性相位累計(jì)超過一定水平時，非線性和群速度色散的共同作用將導(dǎo)致脈沖發(fā)生分裂，進(jìn)而限制了輸出功率的進(jìn)一步提升。與其它類型鎖模激光器相比，運(yùn)轉(zhuǎn)在全正色散區(qū)的耗散孤子鎖模光纖激光器，由于孤子面積定理以及更強(qiáng)的非線性積累能力，理論上可以支撐更高的平均功率。

奧創(chuàng)光子致力于研發(fā)高輸出功率超短脈沖光纖激光器，通過使用大模場面積雙包層光纖作為鎖模激光器的增益介質(zhì)，并采用輸出功率高達(dá)27W的976nm波長泵浦源，另外通過基于啁啾脈沖光譜濾波的雙折射片實(shí)現(xiàn)全正色散耗散孤子脈沖整形，最終研發(fā)出尺寸規(guī)格為200×127×75 mm的結(jié)構(gòu)緊湊型飛秒光纖激光種子源。該種子源的光路結(jié)構(gòu)示意圖如圖1，腔內(nèi)器件簡潔，腔型布局緊湊，工程化熱管理措施得當(dāng)；在鎖模自啟動后，獲得重復(fù)頻率33MHz的鎖模激光輸出，激光平均輸出功率達(dá)5.8W，其脈沖寬度為186fs，光譜范圍覆蓋1025~1055nm。

圖 1.  高功率鎖模光纖激光器光路示意圖
（HR:高反鏡；ISO:隔離器；LD:半導(dǎo)體泵浦源；PLP:泵浦保護(hù)器；DM:雙色鏡； PSC:泵浦合束器；SF:光譜濾波器；  λ/2: 1/2波片；  λ/4: 1/4波片）

圖 2.  5.8 W激光光譜以及自相關(guān)曲線

為了追求更高功率更窄脈沖寬度的激光輸出，我們在上述已有的基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)和嘗試，經(jīng)過優(yōu)化啁啾脈沖光譜濾波參數(shù)，激光輸出功率和脈沖寬度兩項(xiàng)指標(biāo)均有提升。優(yōu)化后的激光器能在鎖模狀態(tài)輸出高達(dá)9 W的平均功率，脈沖寬度窄化至108 fs（圖3）。由于使用的大模場光纖為保偏雙包層單模光纖，輸出激光束的M2因子為1.3，具備良好的光束質(zhì)量。經(jīng)多次測試該鎖模光纖激光器在9 W的工作狀態(tài)下1小時的功率波動，其RMS值均 < 0.4%，功率穩(wěn)定性良好（圖4）。

該全正色散耗散孤子光纖激光器具有結(jié)構(gòu)緊湊、高穩(wěn)定性、高信噪比等優(yōu)勢，并且啟動簡單，可以作為穩(wěn)定的高功率種子源用于飛秒啁啾脈沖放大系統(tǒng)中，也能夠獨(dú)立地作為高功率激發(fā)光源用于高重復(fù)頻率、低能量、窄脈寬應(yīng)用的領(lǐng)域如生物醫(yī)學(xué)成像、激光測量等。

圖 3 優(yōu)化后激光器輸出光譜及自相關(guān)曲線（平均功率9W）

圖 4 激光輸出功率穩(wěn)定性測試