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华夏恒天已投企业奥创光子成功研制出全球领先的高能量、高峰值功率飞秒再生放大器！奥创光子主要从事飞秒激光器的研发、生产及销售。飞秒激光器应用广泛，在精密工业制造、半导体、医疗、消费电子中拥有巨大的应用前景，目前行业被国外垄断。公司已成为目前国内唯一一家工业飞秒激光器量产企业，已覆盖并进入多家全球知名终端客户。在研发能力上，公司激光器功率已达到3000瓦的技术能力，为全球领先的技术水准。华睿投资于2020年8月对奥创光子实施战略投资，并连续追加投资助力企业发展。 在飞秒激光技术领域，突破能量与功率的极限始终是科研与工业应用的向往目标。高平均功率为精密加工、强场物理等场景提供持续稳定的能量输出，而高峰值功率则能驱动阿秒脉冲产生、高次谐波等前沿科学探索。然而，随着功率的跃升，热透镜效应、增益窄化、光学元件损伤等瓶颈问题接踵而至，传统放大方案面临严峻挑战。 目前，主流的固体放大技术聚焦于两大方向：单通行波放大与多通放大。行波放大通过单次或有限次数的增益介质通光，以低热积累和高重复频率见长，但其单程增益受限，难以兼顾高能量与高光束质量；多通放大则通过复杂光路设计实现多次能量提取，虽能提升储能利用率，却需精密调控光束模式匹配，且热管理难度随功率攀升急剧增加。 在此背景下，再生放大器凭借颠覆性的能量增益模式重塑了激光放大技术的边界。这项技术通过精密的光学循环架构，将微焦级种子脉冲注入泵浦激励的谐振腔，利用电光晶体的纳秒级切换精度，驱动脉冲经历数十次增益介质循环。每一次穿越增益介质，能量呈指数级攀升，最终输出毫焦级超强脉冲，单次循环能量增益达10^6倍。再生放大技术让微弱激光脉冲经历"复利奇迹"。结合啁啾脉冲放大（CPA）技术将成为飞秒脉冲的技术主流。 高功率泵浦下的热效应造成的腔体失稳与能量增长停滞是再生放大器输出功率突破的枷锁。奥创光子突破传统单晶再生放大器的放大极限，使用双晶再生放大架构，成功研制出全球领先的高能量、高平均功率的再生放大器。
图1.不同晶体实现的再生放大装置输出脉冲能量和脉冲宽度 在400W超高功率泵浦下，该系统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，实现近400W高功率泵浦下再生腔热稳定与动态模式匹配。高功率高能量Yb:CALGO飞秒再生放大器结构如图2所示。
图2.放大系统示意图 放大链路包含三个部分非线性环形镜(Nonlinear Amplifying Loop Mirror, NLAN)锁模光纤种子源，再生放大器(Regenerative amplifier, RA)和单光栅脉冲压缩器。通过创新技术融合与核心器件自主化，成功突破高能超快激光的增益窄化与热管理瓶颈，实现198 fs、>7 mJ的稳定输出，具体技术路径如下： 前端采用"9"字腔锁模光纤种子源，通过非线性环形镜的周期性饱和吸收效应，直接产生亚百飞秒级超短脉冲。利用非线性脉冲放大，将光谱展宽至1000–1060 nm，有效覆盖Yb:CALGO晶体的辐射带宽，显著抑制再生放大过程中的增益窄化效应。此阶段使用自研的马鞍形CFBG展宽器(Saddle-shaped CFBG)，其反射谱中部凹陷设计（凹陷深度>50%）可预补偿后续放大器的光谱增益窄化效应，其中光栅谱线如图3所示。
图3.CFBG光栅反射谱线 放大系统采用双晶体架构的再生放大器，通过Yb:CALGO双晶体的热力学互补和功率平衡负载，在400W高功率泵浦下实现>10^6的增益。通过精准调控普克尔盒开关时序，优化种子光在腔内的循环增益路径，最终输出单脉冲能量提升至10 mJ，光束质量M²<1.2，功率波动的NRMS<0.5%，输出脉冲的平均功率稳定性如图4所示。
图4.2kHz重复频率下，输出平均功率稳定性NRMS=0.35% @12h.输出光束质量
图5.输出光束质量的测试结果 末端配置自研高色散容限脉冲压缩器，实现放大脉冲的精准去啁啾。实测压缩后脉宽为198 fs，压缩器效率80%，对应单脉冲能量8mJ，峰值功率可达40 GW。通过自研FROG对输出脉冲进行时域表征结果如图6所示
图6.输出脉冲的FROG测试结果 奥创光子通过引入Yb:CALGO双晶体热力学互补设计，突破传统单晶再生放大器的热稳定性极限。实现400 W超高功率泵浦下的动态模式匹配，解决高功率激光行业长期存在的腔体失稳难题。成功将国产飞秒激光器推升至“毫焦级能量+亚200 fs脉宽”双高时代，标志着我国在高端激光装备领域实现从“跟跑”到“领跑”的跨越。这一成果不仅打破欧美技术垄断，更为智能制造、前沿科研提供核心工具支撑，彰显中国激光产业的全球竞争力。 |
