兼顾高重复频率（>1 GHz）、高平均功率（>1 W）和短脉冲宽度（<200 fs）的超快激光在飞秒光学频率梳、非线性显微成像等科学研究领域具有重要应用价值。对其功率和能量进一步放大，并对时域脉冲进行调制，使其工作在脉冲串模式，产生的GHz-Burst飞秒激光在精密微纳加工领域可兼顾纳秒长脉冲激光的高效率与飞秒短脉冲激光的高质量加工优势。然而，传统克尔透镜锁模（KLM）全固态GHz飞秒激光器通常使用功率1 W左右的单模光纤耦合LD作为泵浦源，使得激光器平均输出功率仅在10~100 mW量级，极低的单脉冲能量限制了绝大多数重要的研究应用。

西安电子科技大学超快激光技术与研究中心致力于高功率、窄脉宽、高光束质量飞秒激光技术及其前沿应用研究。团队在GHz飞秒锁模研究中相继实现了2 GHz、1.7 W、145 fs (Opt. Express 29, 12950 (2021))和1.6 GHz、6.17 W、184 fs (HPLSE 12, e66 (2024))的输出指标。最近又发展了硬孔KLM技术，直接从振荡器中输出平均功率11.1 W、脉冲宽度149 fs的1 GHz重复频率飞秒激光（图1），单脉冲能量达10.3 nJ。该结果是目前GHz重复频率飞秒激光器的最高平均功率，同时峰值功率达60.8 kW，利用此飞秒光源无需借助额外的功率放大，即可满足多级非线性谐波频率变换、超连续谱产生、双光子子显微成像等所需的激光强度。相关研究成果发表于Opt. Lett. 49, 7024-7027 (2024)。论文第一作者为团队硕士生陶杰，合作单位包括陕西理工大学、江苏师范大学和中国科学院物理研究所。

图1 10 W级GHz重复频率飞秒振荡器部分输出参数

团队进一步推出了5 W、10 W不同功率的GHz全固态飞秒激光器工程机（Ceres系列）。通过紧凑的光机电一体化设计，激光器可实现一键启动、24小时连续稳定运转。在未进行腔长锁定的情况下，自由运转的积分时间抖动仅为155 fs（1 kHz~1 MHz），部分测试参数如图2所示。

图2 Ceres系列GHz全固态飞秒激光器部分测试参数

文章来源：西电超快激光技术与应用研究中心

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