近日中国科学院理化技术研究所激光中心新体制高能固态激光技术研究组提出并验证了一种全新的超快激光参量变频新方案——周期阵列模式自再现光参量变频技术相关研究成果以High-energy3 ps1.5 μm optical parametric conversion based on a periodic KTA crystals array为题发表于Optics Letters期刊上Vol. 51, No. 1. Page 2372026。此前双方在“激光光谱合束”方案上已成功开展合作。在此基础上华创鸿度再度与理化所携手为这项新技术提供核心光源及系统集成支持共同完成了实验验证工作。成果论文地址如下可复制链接至浏览器阅读。https://doi.org/10.1364/OL.582946该项新技术成功解决了传统SPOPO方法在兼具高能量、超短脉冲和紧凑结构方面面临的瓶颈为开发小型化、高性能的超快参量激光源开辟了新路径。01技术突破从创新构想到实验验证行业瓶颈脉冲宽度达到皮秒1皮秒10⁻¹²秒量级的超快激光是精密“冷加工”、生物医学成像、光通信等尖端领域的核心工具。其中1.5 μm波段光源因其“人眼安全”和低光纤损耗特性被视为理想选择。然而业界长期面临一个核心矛盾如何在极紧凑的体积内同时实现高脉冲能量、高光束质量和极短脉冲宽度当前主流技术路径各存局限同步泵浦光参量振荡器SPOPO性能优异但为匹配光脉冲同步其光学谐振腔需长达数米至数十米系统庞大、环境适应性差。光参量产生/放大OPG/OPA结构紧凑但变频阈值高、光束质量较差难以适配高精度应用需求。创新方案针对上述行业痛点理化所研究组创造性地提出了“周期阵列模式自再现”的全新思路。该方案的核心在于摒弃传统的复杂长谐振腔采用一个由多块非线性晶体精密排布构成的紧凑周期阵列。其工作原理可概括为泵浦光与产生的信号光在这一系列晶体中多次穿行。通过精确的光学设计信号光在每次通过晶体后都能实现 “模式自再现” 并始终保持与泵浦光的最佳耦合状态。这一过程巧妙地在数十厘米的短距离内模拟了数米长谐振腔的模式筛选和能量放大功能但摆脱了SPOPO对腔长的限制。实现了“自同步泵浦”的高效变频。联合验证从创新理论到可行方案工程化验证是关键一跃。在本项工作中理化所研究团队与华创鸿度紧密协作共同完成了原理验证。关键支撑华创鸿度依托在工业级高功率激光器领域的深厚积淀为实验提供了高稳定性、高光束质量的1064nm皮秒激光器这是整个变频过程的能量基础。同时公司在光学系统集成与稳定性控制方面的工程经验为周期性KTA磷酸氧钛砷酸钾晶体阵列的精密装调与高效运行提供了有力保障。卓越成果实验装置展现出革命性的紧凑性整个变频模块的物理长度仅为27厘米。在此平台上团队成功获得了脉冲宽度短至3ps、单脉冲能量高达2.6μJ的1.5μm信号光输出且光束质量接近衍射极限 综合性能指标达到国际先进水平。△ 实验装置图△ 周期晶体阵列变频装置实物图△ 周期晶体阵列变频装置原理示意a二维图b简化模型c等效单谐振腔02核心价值新技术的多维价值展望学术与科研价值本项工作的核心学术贡献在于它成功挑战了“高性能”与“紧凑化”在超快激光领域长期难以兼得的传统认知。与国际上已报道的各类皮秒光参量系统相比这项工作首次在几十厘米的极紧凑尺寸内同时实现了MHz重复频率下μJ量级的高能量和数个ps的短脉冲宽度输出综合性能突出。它不仅保留了传统SPOPO光束质量好、光谱纯度高与OPG/OPA的紧凑性优点突破了现有技术的性能瓶颈为超快激光领域提供了一种极具潜力的全新技术路径。△ 周期晶体阵列变频装置输出功率曲线图插图输出功率稳定性测量△ 自相关法测量周期晶体阵列变频装置输出1.5μm信号光脉宽图△ 1.5μm信号光光束质量拟合曲线图插图信号光的二维光斑图△ 1.5μm信号光的重频序列图产业化应用前景该成果的突破性意义不仅在于实验室指标的达成更在于其为产业化铺平了道路。其产业化前景主要体现在两大方面。一方面该技术开辟了多个高价值应用场景。工业精密加工高能量、高光束质量的超快激光可用于半导体晶圆切割、微纳结构制造等精密“冷加工”显著提升加工精度与效率生物医学应用1.5μm波段具备“人眼安全”与低传输损耗的双重优势在生物医学成像与激光治疗中具有独特应用潜力光通信与激光雷达该光源也有望成为下一代光通信与激光雷达系统的核心组件助力提升系统整体性能。另一方面在后期产品化上该技术还具备以下显著优势。结构紧凑环境适应性强简化的全固态结构使系统更紧凑、坚固能够适应工业现场的振动与温漂环境成本优化更易规模化结构简化同时降低了制造、调试与维护成本有助于推动高性能超快激光源走出实验室稳定集成于各类工业设备、广泛应用于工业制造、科研仪器乃至消费电子等领域加速技术在各行业的渗透与应用提升我国在高端激光技术领域的产业链竞争力。此次联合实验的成功不仅验证了“周期阵列模式自再现”这一全新技术的可行性更在超快激光的小型化、高性能化方向上定义了新标杆为产业应用提供了具备工程化潜力的全新解决方案。