据中国激光杂志社网，于2025年05月12日报道，上海理工大学、华东师范大学、维也纳技术大学：高平均功率、高能量Yb:CALGO飞秒再生放大器。
固体激光放大技术
再生放大技术是超快激光领域的“能量倍增器”，其原理类似于对种子脉冲进行“复利投资”：将微弱种子脉冲（原始资金）注入泵浦激励的激光谐振腔中（银行），利用电光开关控制脉冲在腔内循环“增值”——每经过增益介质一次都会获得指数级能量提升，循环数十次后能量可提升近百万倍，最终释放出毫焦级高能量脉冲，已经广泛用于激光放大中。
近年来，得益于半导体泵浦技术的成熟以及新材料、新晶体的涌现，基于Yb晶体的固体再生放大技术结合啁啾放大技术，推动1 μm波段飞秒激光脉冲能量和峰值功率不断提升。然而，固体激光放大中，泵浦功率提升导致晶体热透镜严重，造成信号泵浦腔模失配，稳定性退化，输出功率提升困难。本研究攻克了高功率泵浦下热透镜效应引发的腔体失稳与功率/能量提升受限的共性难题，通过创新设计基于Yb:CALGO晶体的大曲率再生腔型，实现近400 W高功率泵浦下再生腔热稳定与动态匹配，获得了兼顾高平均功率和高脉冲能量的近百飞秒激光输出。
高功率高能量Yb:CALGO飞秒再生放大器
近日，上海理工大学、华东师范大学和维也纳技术大学的国际联合研究团队开发了基于单级Yb:CALGO再生放大器，成功实现了兼顾高平均功率和高脉冲能量输出的飞秒激光放大。研究团队采用Yb:CALGO晶体作为增益介质，充分利用其宽增益带宽和高热导率的特性，结合优化的对称共焦腔体结构和双程泵浦方案，在近400 W泵浦功率下实现了再生腔稳定运行，连续光模式激光输出功率超73 W；放大模式下，结合啁啾脉冲放大，实现输出脉冲能量>6 mJ，平均功率>50 W，压缩后脉冲宽度约130 fs，峰值功率达45 GW。该技术突破了传统掺镱固体再生放大增益窄化与热管理的限制，为强场物理、精密微加工和超快光谱学等应用提供了高性能光源。
成果发表在High Power Laser Science and Engineering 2025年第2期的文章（Zhengru Guo, Jiandong Liu, Tingting Liu, Tianjun Yao, Qiang Hao, Heping Zeng, Edgar Kaksis, "High-power high-energy Yb-doped CaGdAlO4 regenerative amplifier with approximately 130 fs pulses," High Power Laser Sci. Eng. 13, 02000e17 (2025)）
再生放大器系统的结构如图１所示，整体依赖于啁啾脉冲放大技术实现。由四个部分组成，即宽带光纤种子源（Brodband fiber seeder）、展宽器（Stretcher）、再生放大器（Regenerative amplifier）和压缩器(Compressor)。
系统的前端为基于掺镱光纤激光器实现的亚百飞秒超短脉冲种子源，利用非线性脉冲放大实现光谱展宽至1000–1060 nm，充分覆盖Yb:CALGO晶体的辐射带宽，抑制再生放大过程中的增益窄化；随后，利用Offner展宽器将种子脉冲展宽至600 ps以降低峰值功率，并通过偏振耦合注入再生放大器中。随着泵浦功率的提升，并合理调控普克尔盒开关时间，使得种子光在再生腔内循环54次后输出。最终，放大脉冲由Treacy光栅压缩器去啁啾，恢复至约130 fs，对应脉冲能量6.6 mJ，峰值功率达45 GW。
总结与展望
展望未来，通过优化再生腔设计，例如采用布鲁斯特角切割晶体、使用更强的泵浦、提高展宽脉冲宽度以及采用非线性后压缩技术等，我们预计能够进一步实现10 mJ级、平均功率超过100 W、峰值功率接近亚TW量级的输出脉冲。
作者简介
第一作者：
郭政儒，上海理工大学副研究员。主要从事超快激光技术与应用研究。主持国家自然科学基金、国家重点研发计划、博士后面上等项目。重点解决了飞秒激光稳定产生、高效放大及精密调控等难题，相关成果获上海市技术发明一等奖、中国光学工程学会技术发明二等奖。研究成果发表在包括Laser & Photonics Reviews，High Power Laser Science and Engineering，Journal of Lightwave Technology, Applied Physics Letters 等国际国内知名期刊上。授权国内外发明专利十余项。
通讯作者：
曾和平，1990年毕业于北京大学物理系，1995年于中科院上海光机所获理学博士，2000年入选长江特聘教授就职于华东师范大学，2006年获国家基金委杰青基金，2016年入选美国光学学会会士。在精密光谱与量子探测方面做出了系统创新，提出并实现光场时频精密测控与单光子探测方法，揭示了超快激光锁模启动及控制的基本物理规律，解决了室温与中红外单光子探测难题；基于新方法研制成高精度光梳光谱、高灵敏量子探测等新型科学仪器。学术兼职包括：Light: Science & Applications编辑、Optics Letters主题编辑、Scientific Reports编委、Nanomaterials 客座编辑、《光学学报》编委、《现代应用物理》编委等。先后获上海市技术发明奖一等奖、中国生产力促进(创新发展)奖一等奖、上海产学研合作优秀项目奖一等奖、中国物理协会萨本栋应用物理学奖等。
