宽带可调谐的多波长飞秒激光由于在时间分辨光谱学、生物成像、激光雷达、大气环境监测等领域的广泛应用，一直是超快激光技术研究倍受关注的内容之一。但受目前仅有的激光增益介质及其发射光谱的限制，人们通过锁模激光振荡器输出的激光波长一般限定在特定的范围内，并且调谐范围有限。采用锁模激光同步泵浦的光学参量振荡器（OPO）是获得波长可调谐超短脉冲的重要手段，但相比锁模激光振荡器，其输出功率较低。中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心L07组自2007年研制成功国内首台飞秒OPO以来，一直致力于OPO波长扩展及功率提高的研究，先后采用800nm、1030nm及515nm波长激光作泵浦光，利用KTP、BBO、LBO、BiBO等非线性晶体作为参量增益介质，实现了系列飞秒OPO运行，特别是与西安电子科技大学合作，利用新型非线性晶体BiBO获得了信号光波长覆盖688-1057 nm范围及闲频光波长覆盖1150-1900 nm范围的输出，最高平均功率达1.09 W（见2016年第38期科研进展）。

最近，该研究组的博士研究生孟祥昊等人在导师魏志义、王兆华、方少波的指导下，利用非线性晶体KTA作为参量增益介质，在与西安电子科技大学前期合作的基础上，进一步得到了波长从可见光可调谐到3.84 μm中红外波段的飞秒激光脉冲输出（图1），最高输出功率提高到了2.3 W，最短脉宽为129 fs，超过了常规飞秒钛宝石激光振荡器输出的平均功率，相关研究成果发表在最新的光学快报上（Optics Letters. Vol 43(4) 943-946, 2018）。同时他们利用上述飞秒OPO激光作光源，与中科院苏州医工所合作开展了双光子显微成像、扫描共聚焦显微镜层扫成像以及双光子STED等应用实验（图2），得到了清晰的生物显微成像（图3）。

该工作得到了中国科学院先导科技专项（XDB16030200）、科技部国家重大科学仪器开发专项（2012YQ120047）和国家然科学基金项目（11774410、61575217、61575219）的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1364/OL.43.000943

图1. 多波长飞秒OPO输出的激光调谐光谱

图2. 研制的飞秒OPO样机和生物显微成像应用现场照片

图3. 利用研制的飞秒OPO进行活体成像双光子显微成像

参考文献列表：

1. https://doi.org/10.1364/OL.41.004851

2. https://doi.org/10.1364/OE.24.029814

3. https://doi.org/10.1364/OL.43.000943

4. https://rd.springer.com/article/10.1007/s00340-017-6877-6

来源：物理所