天津大学胡明列教授领导的超快激光研究室利用基于大模场面积光子晶体光纤的Mamyshev振荡器，在光纤飞秒激光振荡器中首次实现了超过1 μJ的单脉冲能量输出。激光脉冲经过腔外压缩至41 fs，其对应的脉冲峰值功率达到了破纪录的13 MW。这是迄今为止，单级光纤飞秒振荡器所能得到的最高单脉冲能量和峰值功率。

高峰值功率超短脉冲激光器在各种科学和工业应用中发挥着越来越大的作用，例如强场物理、先进材料加工等。由于具有良好的热光特性，宽带增益和出色的光束质量，基于稀土元素掺杂的光纤产生超短激光脉冲被广泛认为是一种很有前景的技术途径。但是受限于光纤的过度非线性积累，光纤激光振荡器无法输出更高的脉冲能量。为了实现激光功率和能量的进一步放大，需要复杂的多级激光放大器系统。系统简单、高性能参数的先进光纤飞秒振荡器一直是该领域研究者们追寻的目标。

在过去的十几年中，随着对光纤激光振荡器腔内脉冲动力学的深入研究以及大模场光纤的广泛利用，光纤激光振荡器的研究取得了很大进展。尽管如此，基于传统锁模技术的光纤激光器所能达到的输出性能仍然非常有限，并且很难在环境稳定的基础上实现高输出能量。近来，美国Connell大学Frank Wise课题组采用Mamyshev振荡器结构实现了光纤锁模激光的高峰值功率输出，展示了其强大性能，成为光纤锁模技术领域极具吸引力的技术路线。基于级联的光谱展宽和波长偏移的光谱滤波，这种振荡器结构可以极大地抑制连续波的产生和多脉冲状态，为实现环境稳定的高峰值功率激光器迈出了重要的一步。

图1 基于偏振型大模场面积光子晶体光纤的Mamyshev振荡器结构示意图

胡明列教授课题组提出将单偏振的大模场光子晶体光纤同Mamyshev振荡器相结合，利用截止滤波片和光栅滤波器的组合，搭建了如图1所示的激光器。该激光器在8 MHz的重复频率下直接输出9 W的激光，对应的单脉冲能量达到了1.1 µJ。通过一对1000线的光栅对进行腔外压缩，可以获得41 fs的脉冲宽度，对应的峰值功率约为13 MW。

图2 激光器的(a)输出光谱和(b)自相关

该研究极大地提升了光纤锁模振荡器的运转性能，同时实现了高单脉冲能量（微焦耳量级）、窄脉冲宽度（亚50飞秒）以及良好的环境稳定性。凭借着简单的结构，可靠的启动机制以及优异的性能参数，该光纤飞秒振荡器将对诸多超快科学应用研究产生广泛的吸引力。

该研究成果以Femtosecond Mamyshev oscillator with 10-MW-level peak power为题发表于Optica [6(2):194, 2019]，论文第一作者为刘武博士，通讯作者为胡明列教授。

论文链接：https://www.osapublishing.org/optica/abstract.cfm?uri=optica-6-2-194