随着生物成像、微纳加工、非线性光谱学、皮肤医美等前沿领域的迅猛发展，780nm波段超短飞秒脉冲的需求日益增长。 终端用户对这种介于可见光和近红外光之间的飞秒光源提出了高重复频率、高平均功率的要求，同时对于精密测量领域的应用，强调要兼具短脉冲（<200fs）的特点。 鉴于780nm波长恰好处于近红外区域，这一特性赋予了它出色的生物组织穿透能力。在生物成像领域，该波长的飞秒光源可应用于多光子显微镜成像技术，实现对生物体内深层组织的高分辨率成像，清晰展现细胞结构、生物分子分布及代谢过程等关键信息，为生命科学研究提供了强有力的支持。 此外，在皮肤医美领域，可替代传统的翠绿宝石激光器，成为激光祛斑的新一代技术。凭借其高峰值功率、低热效应以及高穿透深度的综合优势，该技术不仅能够实现深层无痛祛斑，降低副作用，还显著缩短了术后皮肤组织的修复期，为患者带来了更加安全、高效的医美体验。 未来，随着相关技术的不断进步与应用的持续拓展，其市场需求将持续增长，展现出广阔的发展前景。 以CPA系统为基础 提出创新混合方案 想要满足终端用户的需求，若直接采用传统Ti: sapphire 等固体振荡器虽然能输出780 nm飞秒脉冲，但体积大、维护复杂、成本高；而纯光纤激光方案由于缺失该波段的发光介质，无法直接在光纤激光中获得。 对此，奥创光子在其高功率掺铒光纤CPA系统的基础上，技术人员提出基于1560 nm光纤种子源、经光纤放大过程的自相位调制与精准色散管理，再通过自由空间PPLN倍频至780 nm的创新混合方案，不仅保证了系统的体积小型化和维护简便，也成功兼顾了客户对性能的极致追求。 该方案已输出近100 MHz、<200 fs、2W平均功率的780nm飞秒脉冲。 780nm飞秒激光器系列化产品的首款型号技术指标如下表，其优秀的综合性能，源于研发团队对1.5µm波段超短脉冲形成与非线性演化的深度理解和创造性应用，并在奥创光子工业化激光器研发体系保障下，能够为不同领域用户提供高可靠性的780nm加工或激发用的超短超快光源。
非线性放大&9字腔技术 优势明显 作为基频光发生器的1.56µm波段种子源采用非线性放大环形镜锁模方式，腔体采用‘9’字腔。 通过光在环路中的增益不对称性和耦合器输出的干涉，使得腔体具有可饱和吸收体的效果，并通过在腔内加入相移器使激光器的锁模更易启动。 通过更改环路内的无源光纤长度可以实现对重复频率的调整，当腔长1.84米，重复频率达到~100MHz；当腔长>3.7米，重复频率<50MHz（可供AOM选单、调幅）。 但腔长的改变同时也会使腔内色散发生变化，从而使输出信号光的光谱宽度产生变化。腔内拟采用色散补偿光纤（DCF）提供正色散来平衡其它器件尾纤引入的负色散。 种子源具体光路示意图如图所示，双输出端口中的port1为输出端口，port2为锁模状态监测端口。
图.飞秒种子源光路示意图 通过对种子源输出的飞秒级脉冲进行以SPM（自相位调制）为主导的非线性放大后，可将脉冲光的光谱展宽至约44nm。 采用一定长度的PM1550和具有正色散量的掺铒增益光纤对输出光进行非线性放大，并通过优化泵浦功率和PM1550的长度等方式，对其增益和SPM效果进行调整。 为了使非线性放大的效果达到最好，需要在进行非线性放大之前加入色散量合适的DCF来达到脉冲压缩极限。
图. （左）基频光光谱；（右）基频光放大功率曲线 经光谱展宽后的脉冲注入大色散系数的啁啾光纤布拉格光栅，以进行脉冲时域的展宽，为后续的啁啾脉冲放大做准备。通过对展宽后的信号光进行多级啁啾脉冲放大，可以使得光功率急剧提升。 其中用到了单模掺铒光纤作为预放大增益介质，而在功率较大时则采用铒镱共掺的增益光纤和多模泵浦源，此处在激光工程上解决了光纤散热以及模式控制等问题。 放大至5.6瓦的1.56µm波长啁啾脉冲，再经一对光栅对作为色散管理器件，完成时域压缩。微调光栅对的距离以及入射角等，可以对脉冲进行精密的色散补偿，获得最窄脉宽或输出具有一定啁啾特性的超短脉冲。 这种可控预设啁啾的输出方式便于用户控制780nm脉冲在经过其外围设备光路中的正色散光学元件后，恰好达到近零啁啾状态，实现以最窄脉宽投射到目标（即被加工物体或测量介质）。可控啁啾量的飞秒激光器将成为极端制造或精密科研应用的标配功能。
图. 高重复频率1.56µm波段锁模脉冲序列（94MHz） 针对宽光谱脉冲的倍频，须采用宽带非线性介质。该激光器使用了PPLN（周期极化铌酸锂）作为倍频晶体。对于超短脉冲倍频，为了获得高倍频效率，需要选择匹配的PPLN晶体极化周期和晶体长度。 晶体极化周期决定了它匹配的基频脉冲中心波长，晶体长度决定了基频光的光谱带宽。 这主要是因为晶体无法在超短脉冲整个光谱范围内实现相位匹配，对于高斯型脉冲，相位匹配带宽与晶体长度是成反比的，晶体长度越短，可接受基频光光谱越宽，即脉宽越窄，但相应的倍频效率会降低。 在倍频调试时，调节波片，将入射光的偏振态调整为沿着晶体厚度方向的线偏振态，此时倍频效率最高。 利用二次非线性极化驱动二次谐波产生将1560nm的基频光倍频至中心波长780nm的倍频光，经过带通滤镜后倍频光2.04W，倍频效率接近50%。
图. 2.04W@94MHz 780nm飞秒脉冲自相关曲线 780nm飞秒光纤激光器 三大突破提升性能 产品性能的优越性，是构建其核心竞争力不可或缺的一点。它不仅取决于纸面上的参数指标，更体现在实际应用环境中的长期稳定性和可靠性。该款780nm飞秒光纤激光器，在每一个细节上都追求突破，整体性能有着全面提升： 1、输出功率2W。通过高效的铒镱共掺光纤放大技术和高效率的PPLN倍频技术，确保在稳定输出>2W功率的同时，仍保有充足功率余量。 2、脉冲宽度<200fs。更短的脉冲宽度意味着更高的峰值功率和更精细的时间分辨率。奥创光子通过先进的啁啾脉冲放大（CPA）架构，并结合精密的色散补偿管理，将脉冲宽度稳定控制在200fs以内，可根据用户需求进一步改变系统色散总量，实现对脉冲进行预啁啾设置，更好匹配用户外部色散介质。 3、重复频率100MHz±10MHz。近100MHz的重复频率对于高速扫描成像、高通量材料处理以及需要高信噪比的泵浦探测实验至关重要。奥创光子采用的非线性放大环形镜全光纤锁模种子源，能够稳定地产生近100MHz的脉冲序列（>200MHz的种子源在开发中）；如用户需要降频或对单脉冲调幅，产线可调整锁模腔内光纤长度，获得小于50MHz的锁模脉冲序列。 外观轻巧便于链接 提升用户搭建效率 小于十瓦级的飞秒光纤激光器无需水冷系统，其结构应具备轻巧、易于连接、易于集成的特性。 该型780nm飞秒光纤激光器设计为一键式“交钥匙”操作，得益于先进的非线性放大环形镜（NALM）自启动锁模技术，激光器启动时间小于40秒，用户无需进行复杂的电流输入设置，开机即可获得稳定的瓦级飞秒脉冲输出，极大地提升了使用效率。 小巧的激光头体积不超过250×200×100 mm³，重量低于4kg，可以轻松集成到任何现有的光学平台、显微镜系统或工业设备中，可为用户的系统搭建提供极大的灵活性。 整机功耗低于150W，不仅节约了能源成本，更减少了对实验室环境的热负荷，体现了绿色、高效的产品设计理念。
图. 该型号产品外观机械图 转自：奥创光子 注：文章版权归原作者所有，本文内容、图片、视频来自网络，仅供交流学习之用，如涉及版权等问题，请您告知，我们将及时处理。 |
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