隨著生物成像、微納加工、非線性光譜學(xué)、皮膚醫(yī)美等前沿領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，780nm波段超短飛秒脈沖的需求日益增長。

終端用戶對這種介于可見光和近紅外光之間的飛秒光源提出了高重復(fù)頻率、高平均功率的要求，同時對于精密測量領(lǐng)域的應(yīng)用，強調(diào)要兼具短脈沖（<200fs）的特點。

鑒于780nm波長恰好處于近紅外區(qū)域，這一特性賦予了它出色的生物組織穿透能力。在生物成像領(lǐng)域，該波長的飛秒光源可應(yīng)用于多光子顯微鏡成像技術(shù)，實現(xiàn)對生物體內(nèi)深層組織的高分辨率成像，清晰展現(xiàn)細(xì)胞結(jié)構(gòu)、生物分子分布及代謝過程等關(guān)鍵信息，為生命科學(xué)研究提供了強有力的支持。

此外，在皮膚醫(yī)美領(lǐng)域，可替代傳統(tǒng)的翠綠寶石激光器，成為激光祛斑的新一代技術(shù)。憑借其高峰值功率、低熱效應(yīng)以及高穿透深度的綜合優(yōu)勢，該技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)深層無痛祛斑，降低副作用，還顯著縮短了術(shù)后皮膚組織的修復(fù)期，為患者帶來了更加安全、高效的醫(yī)美體驗。

未來，隨著相關(guān)技術(shù)的不斷進步與應(yīng)用的持續(xù)拓展，其市場需求將持續(xù)增長，展現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景。

以CPA系統(tǒng)為基礎(chǔ)

提出創(chuàng)新混合方案

想要滿足終端用戶的需求，若直接采用傳統(tǒng)Ti: sapphire 等固體振蕩器雖然能輸出780 nm飛秒脈沖，但體積大、維護復(fù)雜、成本高；而純光纖激光方案由于缺失該波段的發(fā)光介質(zhì)，無法直接在光纖激光中獲得。

對此，奧創(chuàng)光子在其高功率摻鉺光纖CPA系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，技術(shù)人員提出基于1560 nm光纖種子源、經(jīng)光纖放大過程的自相位調(diào)制與精準(zhǔn)色散管理，再通過自由空間PPLN倍頻至780 nm的創(chuàng)新混合方案，不僅保證了系統(tǒng)的體積小型化和維護簡便，也成功兼顧了客戶對性能的極致追求。

該方案已輸出近100 MHz、<200 fs、2W平均功率的780nm飛秒脈沖。

780nm飛秒激光器系列化產(chǎn)品的首款型號技術(shù)指標(biāo)如下表，其優(yōu)秀的綜合性能，源于研發(fā)團隊對1.5µm波段超短脈沖形成與非線性演化的深度理解和創(chuàng)造性應(yīng)用，并在奧創(chuàng)光子工業(yè)化激光器研發(fā)體系保障下，能夠為不同領(lǐng)域用戶提供高可靠性的780nm加工或激發(fā)用的超短超快光源。

非線性放大&9字腔技術(shù)

優(yōu)勢明顯

作為基頻光發(fā)生器的1.56µm波段種子源采用非線性放大環(huán)形鏡鎖模方式，腔體采用‘9’字腔。

通過光在環(huán)路中的增益不對稱性和耦合器輸出的干涉，使得腔體具有可飽和吸收體的效果，并通過在腔內(nèi)加入相移器使激光器的鎖模更易啟動。

通過更改環(huán)路內(nèi)的無源光纖長度可以實現(xiàn)對重復(fù)頻率的調(diào)整，當(dāng)腔長1.84米，重復(fù)頻率達到~100MHz；當(dāng)腔長>3.7米，重復(fù)頻率<50MHz（可供AOM選單、調(diào)幅）。

但腔長的改變同時也會使腔內(nèi)色散發(fā)生變化，從而使輸出信號光的光譜寬度產(chǎn)生變化。腔內(nèi)擬采用色散補償光纖（DCF）提供正色散來平衡其它器件尾纖引入的負(fù)色散。

種子源具體光路示意圖如圖所示，雙輸出端口中的port1為輸出端口，port2為鎖模狀態(tài)監(jiān)測端口。

圖.飛秒種子源光路示意圖

通過對種子源輸出的飛秒級脈沖進行以SPM（自相位調(diào)制）為主導(dǎo)的非線性放大后，可將脈沖光的光譜展寬至約44nm。

采用一定長度的PM1550和具有正色散量的摻鉺增益光纖對輸出光進行非線性放大，并通過優(yōu)化泵浦功率和PM1550的長度等方式，對其增益和SPM效果進行調(diào)整。

為了使非線性放大的效果達到最好，需要在進行非線性放大之前加入色散量合適的DCF來達到脈沖壓縮極限。

圖. （左）基頻光光譜；（右）基頻光放大功率曲線

經(jīng)光譜展寬后的脈沖注入大色散系數(shù)的啁啾光纖布拉格光柵，以進行脈沖時域的展寬，為后續(xù)的啁啾脈沖放大做準(zhǔn)備。通過對展寬后的信號光進行多級啁啾脈沖放大，可以使得光功率急劇提升。

其中用到了單模摻鉺光纖作為預(yù)放大增益介質(zhì)，而在功率較大時則采用鉺鐿共摻的增益光纖和多模泵浦源，此處在激光工程上解決了光纖散熱以及模式控制等問題。

放大至5.6瓦的1.56µm波長啁啾脈沖，再經(jīng)一對光柵對作為色散管理器件，完成時域壓縮。微調(diào)光柵對的距離以及入射角等，可以對脈沖進行精密的色散補償，獲得最窄脈寬或輸出具有一定啁啾特性的超短脈沖。

這種可控預(yù)設(shè)啁啾的輸出方式便于用戶控制780nm脈沖在經(jīng)過其外圍設(shè)備光路中的正色散光學(xué)元件后，恰好達到近零啁啾狀態(tài)，實現(xiàn)以最窄脈寬投射到目標(biāo)（即被加工物體或測量介質(zhì)）�？煽剡�啾量的飛秒激光器將成為極端制造或精密科研應(yīng)用的標(biāo)配功能。

圖. 高重復(fù)頻率1.56µm波段鎖模脈沖序列（94MHz）

針對寬光譜脈沖的倍頻，須采用寬帶非線性介質(zhì)。該激光器使用了PPLN（周期極化鈮酸鋰）作為倍頻晶體。對于超短脈沖倍頻，為了獲得高倍頻效率，需要選擇匹配的PPLN晶體極化周期和晶體長度。

晶體極化周期決定了它匹配的基頻脈沖中心波長，晶體長度決定了基頻光的光譜帶寬。

這主要是因為晶體無法在超短脈沖整個光譜范圍內(nèi)實現(xiàn)相位匹配，對于高斯型脈沖，相位匹配帶寬與晶體長度是成反比的，晶體長度越短，可接受基頻光光譜越寬，即脈寬越窄，但相應(yīng)的倍頻效率會降低。

在倍頻調(diào)試時，調(diào)節(jié)波片，將入射光的偏振態(tài)調(diào)整為沿著晶體厚度方向的線偏振態(tài)，此時倍頻效率最高。

利用二次非線性極化驅(qū)動二次諧波產(chǎn)生將1560nm的基頻光倍頻至中心波長780nm的倍頻光，經(jīng)過帶通濾鏡后倍頻光2.04W，倍頻效率接近50%。

圖. 2.04W@94MHz 780nm飛秒脈沖自相關(guān)曲線

780nm飛秒光纖激光器

三大突破提升性能

產(chǎn)品性能的優(yōu)越性，是構(gòu)建其核心競爭力不可或缺的一點。它不僅取決于紙面上的參數(shù)指標(biāo)，更體現(xiàn)在實際應(yīng)用環(huán)境中的長期穩(wěn)定性和可靠性。該款780nm飛秒光纖激光器，在每一個細(xì)節(jié)上都追求突破，整體性能有著全面提升：

1、輸出功率2W。通過高效的鉺鐿共摻光纖放大技術(shù)和高效率的PPLN倍頻技術(shù)，確保在穩(wěn)定輸出>2W功率的同時，仍保有充足功率余量。

2、脈沖寬度<200fs。更短的脈沖寬度意味著更高的峰值功率和更精細(xì)的時間分辨率。奧創(chuàng)光子通過先進的啁啾脈沖放大（CPA）架構(gòu)，并結(jié)合精密的色散補償管理，將脈沖寬度穩(wěn)定控制在200fs以內(nèi)，可根據(jù)用戶需求進一步改變系統(tǒng)色散總量，實現(xiàn)對脈沖進行預(yù)啁啾設(shè)置，更好匹配用戶外部色散介質(zhì)。

3、重復(fù)頻率100MHz±10MHz。近100MHz的重復(fù)頻率對于高速掃描成像、高通量材料處理以及需要高信噪比的泵浦探測實驗至關(guān)重要。奧創(chuàng)光子采用的非線性放大環(huán)形鏡全光纖鎖模種子源，能夠穩(wěn)定地產(chǎn)生近100MHz的脈沖序列（>200MHz的種子源在開發(fā)中）；如用戶需要降頻或?qū)�單脈沖調(diào)幅，產(chǎn)線可調(diào)整鎖模腔內(nèi)光纖長度，獲得小于50MHz的鎖模脈沖序列。

外觀輕巧便于鏈接

提升用戶搭建效率

小于十瓦級的飛秒光纖激光器無需水冷系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)應(yīng)具備輕巧、易于連接、易于集成的特性。

該型780nm飛秒光纖激光器設(shè)計為一鍵式“交鑰匙”操作，得益于先進的非線性放大環(huán)形鏡（NALM）自啟動鎖模技術(shù)，激光器啟動時間小于40秒，用戶無需進行復(fù)雜的電流輸入設(shè)置，開機即可獲得穩(wěn)定的瓦級飛秒脈沖輸出，極大地提升了使用效率。

小巧的激光頭體積不超過250×200×100 mm³，重量低于4kg，可以輕松集成到任何現(xiàn)有的光學(xué)平臺、顯微鏡系統(tǒng)或工業(yè)設(shè)備中，可為用戶的系統(tǒng)搭建提供極大的靈活性。

整機功耗低于150W，不僅節(jié)約了能源成本，更減少了對實驗室環(huán)境的熱負(fù)荷，體現(xiàn)了綠色、高效的產(chǎn)品設(shè)計理念。

圖. 該型號產(chǎn)品外觀機械圖