啁啾脉冲放大（CPA）技术对于产生高能量飞秒脉冲至关重要。在光纤 CPA系统中，主放大器之前通常包括低能量（< 2 nJ）高重频（50-80 MHz）种子脉冲振荡器、脉冲选单器、脉冲展宽器、多级预放大装置。本文报道了一种用作CPA前端的新型振荡器结构——custom recycled output Mamyshev oscillator (CROMO)，可在1 MHz重频下输出能量为200 nJ、谱宽为7 nm的啁啾脉冲，脉宽可被压缩至300 fs以下。该系统本身可直接取代种子脉冲振荡器、脉冲选单器、脉冲展宽器、多级预放大装置，直接注入主放大器，有望产生能量在10 µJ以内的亚400 fs脉冲[1]。
图1：实验装置图[1]振荡器结构如图1所示，它由全保偏光纤制成，中间部分包含一个Mamyshev振荡器，振荡脉冲OP在由两个光纤布拉格光栅FBF1和FBF2形成的腔内循环。振荡器左侧为一个部分反射的光纤布拉格光栅（PRF），OP的光谱展宽至与PRF的反射带（图2）重叠时，PRF可反射部分OP形成再生脉冲RP，RP向右传输通过增益光纤得到额外的单次放大。
图2：滤波器的反射率（R）和透射率（T）[1]PRF与FBF2之间的光纤用于调整OP与RP之间的时间延迟（图3（e））。带阻滤波器（BSF）可以损耗OP、透过RP，RP经过LD泵浦的放大器放大后输出。脉冲能量可达200 nJ，脉宽可由100 ps压缩至300 fs以下（图3（d）），信噪比可达67 dB（图3（f））。辅助输出端的光谱（图3（c））显示在1100 nm处存在拉曼散射峰，该现象会导致振荡脉冲OP的能量降低，进而减小再生脉冲RP的能量。
图3：（a）主输出的线性光谱 （b）主输出的对数光谱 （c）辅助输出的光谱 （d）从FROG测量以及变换极限脉冲的时间轮廓 （e）光电二极管测量显示的BSF前RP和OP之间的时间延迟 （f）主输出的频谱[1]为探究腔内脉冲的演化，作者开展了一系列模拟仿真。基于模拟结果，作者提出了一种对于CROMO结构的调整构想，如图4（a）所示：将PRF置于谐振腔内部，且为简化结构去除内置放大器。这种改变可以避免OP产生过度的光谱展宽，从而光谱能量密度因滤波而降低；RP的传播距离变短，有助于减小B积分；FBF2与PRF之间的光纤长度增加有助于增加OP和RP之间的时间延迟；PRF也可以消除部分不必要的OP能量，从而减轻拉曼散射和不稳定性。
图4：（a）基于拉锥放大器的2 MHz CPA装置构想 （b）PRF（绿色点）和FBF1（蓝色点）前OP的时间和光谱轮廓（黑色）和归一化后滤波器光谱轮廓（绿色和蓝色）[1]将该振荡器与拉锥光纤放大器相结合使用，拉锥部分长0.9 m；前端纤芯包层分别为35 μm、250 μm，长度为0.4 m；后端纤芯包层分别为56 μm、400 μm，长度为0.5 m。模拟结果显示，在90 W泵浦时，放大后的脉冲峰值功率可达100 MW，能量为40 μJ；经光栅对压缩后，脉宽可压缩至195 fs。综上，本文在实验上首次搭建了一种新型的可以定制再生脉冲的振荡器，有望直接注入光纤放大器，从而简化光纤CPA系统。作者基于模拟提出结构改进，采用拉锥光纤放大以及光栅对压缩脉冲，预期可产生重复频率为2 MHz、能量为40 μJ的200 fs脉冲，峰值功率可达100 MW。该振荡器结构可替代CPA或其他激光系统的前端，使系统更加紧凑高效，且理论上可以调节具体结构来定制预期参数，从而提供了设计激光系统的崭新思路。
参考文献：
[1] VINCENT BOULANGER, MICHEL OLIVIER, ALEXANDRE CHEVRETTE, et al. CPA-ready femtosecond pulses at 1 MHz from a custom recycled output Mamyshev oscillator[J]. Optics Express, 2024, 32(12):21739-21754.
原文标题 : 超快光纤激光技术之四十七 可定制再生脉冲Mamyshev振荡器
