超快激光脈沖產(chǎn)生技術(shù)的出現(xiàn)標(biāo)志著激光科學(xué)的一個(gè)重要里程碑，它在工業(yè)應(yīng)用、能源技術(shù)、生命科學(xué)等眾多學(xué)科領(lǐng)域都取得了令人難以置信的進(jìn)展。在已開(kāi)發(fā)的各種激光平臺(tái)中，光纖飛秒振蕩器以其緊湊的設(shè)計(jì)、出色的性能和成本效益而備受推崇，已成為飛秒脈沖發(fā)生的主流技術(shù)之一。

然而，它們的工作波長(zhǎng)主要局限于 0.9-3.5 μm 的紅外區(qū)域，這反過(guò)來(lái)又限制了它們?cè)谛枰�可�?jiàn)光波長(zhǎng)（390-780 nm）光源的眾多應(yīng)用中的適用性。長(zhǎng)期以來(lái)，將緊湊型飛秒光纖振蕩器擴(kuò)展到新的可見(jiàn)光波長(zhǎng)一直是激光科學(xué)領(lǐng)域極具挑戰(zhàn)性但又孜孜不倦追求的目標(biāo)。

目前，大多數(shù)可見(jiàn)光光纖激光器使用摻稀土的氟化物光纖（如 Pr3+）作為有效增益介質(zhì)。多年來(lái)，在開(kāi)發(fā)波長(zhǎng)可調(diào)、高功率、Q 值開(kāi)關(guān)和模式鎖定可見(jiàn)光光纖激光器方面取得了顯著進(jìn)展。

然而，盡管在近紅外區(qū)域取得了重大進(jìn)展，在可見(jiàn)光光纖激光器中實(shí)現(xiàn)飛秒鎖模仍然是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。造成這一挑戰(zhàn)的原因是可見(jiàn)光波長(zhǎng)的超快光學(xué)元件開(kāi)發(fā)不足、高性能可見(jiàn)光調(diào)制器的可用性有限，以及可見(jiàn)光光纖激光器腔體中存在極正常的色散。

最近，人們開(kāi)始關(guān)注使用相位偏置非線性放大環(huán)鏡（PB-NALM）的近紅外飛秒鎖模光纖振蕩器。PB-NALM 無(wú)需使用長(zhǎng)腔內(nèi)光纖來(lái)累積相移。

可見(jiàn)飛秒光纖振蕩器和放大器示意圖。

這一創(chuàng)新不僅提高了調(diào)諧靈活性和長(zhǎng)壽命運(yùn)行，還提供了在更大的參數(shù)空間（從正常色散到異常色散狀態(tài)）管理腔內(nèi)色散的機(jī)會(huì)。因此，預(yù)計(jì)它將在可見(jiàn)光光纖激光器的直接飛秒鎖模方面取得突破，并推動(dòng)光纖飛秒振蕩器進(jìn)入可見(jiàn)光波段。

該光纖飛秒振蕩器采用九字形腔配置，可在 635 納米波長(zhǎng)處發(fā)射紅光。它采用雙包層摻雜Pr3+的氟化物光纖作為可見(jiàn)光增益介質(zhì)，包含一個(gè)用于鎖模的可見(jiàn)光波長(zhǎng)PB-NALM，并利用一對(duì)定制的高效率和高溝槽密度衍射光柵進(jìn)行色散管理。PB-NALM 建立的可見(jiàn)光自啟動(dòng)模式鎖定可直接產(chǎn)生紅色激光脈沖，脈沖持續(xù)時(shí)間為 199 fs，振蕩器的重復(fù)頻率為 53.957 MHz。

對(duì)光柵對(duì)間距的精確控制可將脈沖狀態(tài)從耗散或拉伸脈沖孤子轉(zhuǎn)換為傳統(tǒng)孤子。此外，與振蕩器一起構(gòu)建的啁啾脈沖放大系統(tǒng)極大地提升了激光器的性能，使其平均輸出功率超過(guò)1 W，脈沖能量為19.55 nJ，去啁啾脈沖持續(xù)時(shí)間為230 fs。

廈門(mén)大學(xué)電子工程系主任羅正謙教授說(shuō)："我們的成果代表著向覆蓋可見(jiàn)光譜區(qū)的高功率飛秒光纖激光器邁出了堅(jiān)實(shí)的一步，可能會(huì)在工業(yè)加工、生物醫(yī)學(xué)和科學(xué)研究中得到重要應(yīng)用。

作者預(yù)計(jì)，他們的高性能可見(jiàn)光飛秒光纖激光器生成新方案將為可見(jiàn)光飛秒光纖激光器在特殊材料精密加工、生物醫(yī)學(xué)、水下探測(cè)和光學(xué)原子鐘等領(lǐng)域的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

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