北京
图 关键核心器件(a)薄片激光头和(b)泵浦模块实物图
近日，超快光科学与技术全国重点实验室付玉喜研究员、曹华保研究员和刘柯阳副研究员团队在高重频大能量超快薄片激光器方面取得新进展，研究成果发表于Optics Letters。
高重频大能量皮秒薄片激光可通过频率转换过程产生中红外少周期飞秒激光，被学界称为“第三代”飞秒激光技术，是产生高性能阿秒光源的重要驱动源。当前，商业化Yb:YAG薄片激光器均采用热沉式间接冷却技术路线，其核心工艺薄片晶体与热沉的键合技术难度大、门槛高，长期制约着我国高端超快激光装备的自主化发展。
针对这一难题，团队创新性地采用直接液冷百微米级Yb:YAG薄片晶体技术路径，突破了高功率、大能量薄片激光头工艺瓶颈，掌握了全链条自主核心工艺。
在激光头结构设计中，团队将多片薄片集成于同一激光头内，通过增加冷却液通道数和冷却液流速提升热提取能力;采用光束透射增益介质，降低由材料热形变造成的光束畸变，柔性夹持极大缓解材料热膨胀后造成的变形，稳定保障高光束质量输出;同时结合多冲程泵浦结构充分吸收半导体泵浦激光，实现薄片激光头的紧凑化结构设计。
图 高重频大能量皮秒薄片激光器性能测试
基于啁啾脉冲放大(CPA)技术路线，团队采用自主研制的直接液冷Yb:YAG薄片激光头，搭建单激光头环形再生放大器，实现重复频率1 kHz，平均功率>200 W，脉冲能量>200 mJ的皮秒激光输出，输出参数与德国TRUMPF公司Dira-200产品参数相当。这是目前国际上采用直接液冷Yb:YAG薄片激光头在kHz重频下实现的最高能量。
刘柯阳介绍，“商业化产品采用的‘间接散热’是把薄片晶体‘焊’在散热底座上，这对‘焊接’的要求极高。我们的技术路线让冷却液直接贴着晶体表面快速且稳定流动，产生的热直接被流动的冷却液带走，既提高了散热效率，又不影响光束质量，同时保持设备结构紧凑，实现的参数指标追平国际同类产品”。
该成果为我国高端超快激光装备自主可控提供了全新技术路径，将为相关国家重大科技基础设施的建设提供坚实的技术支撑。
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