中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室和中国科学院物理研究所合作，在基于Multi-Pass Cell (MPC)的高功率超快激光非线性压缩方面取得研究进展。相关成果以“Generation of 56.5 W femtosecond laser radiation by the combination of an Nd-doped picosecond amplifier and multi-pass-cell device”为题发表于Optics Express。
高功率飞秒激光在科研和精密加工等领域有着重要的应用前景。通常来说，激光增益介质的受激发射截面与上能级寿命和发射带宽的乘积成反比，因此长寿命和宽带宽的激光增益介质发射截面相对较小、激光放大效率较低，反之亦然。例如，掺镱(Yb)激光晶体荧光寿命较长，放大效率普遍很低。光纤材料由于过小的模场面积难以支撑高的脉冲能量和峰值功率。钛宝石具有超过500 nm的发射带宽和优良的机械性能，是产生飞秒激光的优秀增益介质，但是由于其吸收波段的问题，导致其量子亏损较大以及无法使用高功率LD直接泵浦。同时获得高功率飞秒激光脉冲通常采用啁啾脉冲放大（CPA）技术，这极大地增加了高功率飞秒激光的成本、技术复杂性和使用门槛。因此，国际上高功率皮秒激光的成熟度大幅领先于飞秒激光。
针对上述问题，研究人员利用非线性后压缩的方式实现了高功率激光脉宽从皮秒到飞秒的跨越。研究人员先利用窄带的、大发射截面的激光介质（Nd:YVO4）实现皮秒激光高效直接放大（无需采用CPA技术），进一步采用MPC非线性后压缩的手段实现从“皮秒”到“飞秒”的转化。通过合理设计MPC参数，采用单级MPC装置将皮秒激光的脉宽从9.13 ps压缩至477 fs，系统总效率达73.4%，最终输出飞秒激光功率达到了56.5W，方案具有高效率、高稳定、高光束质量和定标放大的能力，为高功率飞秒激光的产生提供了全新的可行性技术路径。
相关工作得到了国家自然科学基金、上海市启明星计划、中科院青年创新促进会等项目的支持。
图1 实验装置图
图2 光谱展宽和脉冲压缩结果(653 fs为自相关曲线宽度，乘以反卷积因子0.73为实际脉冲宽度)
