近日，中国科学院上海光学精密机械研究所超强激光科学与技术全国重点实验室在可调重复频率的微焦级超快光纤激光技术领域取得重要突破。该团队成功研制出一种重复频率可在宽范围内调节、脉冲能量达到微焦量级的超快光纤激光系统，相关研究成果以“Repetition-rate tunable ultrafast microjoule Yb-fiber lasers”为题，发表于光学领域知名期刊《Chinese Optics Letters》。
微焦量级的飞秒激光脉冲因其高峰值功率和高精度加工特性，长期以来在生物医学眼科手术及复合材料精密微加工中备受青睐。例如，在近视矫正领域广泛使用的LASIK与SMILE手术中，这类激光能够以非接触方式完成角膜组织的精准切削，显著提升了手术的安全性与可控性。然而，目前市售的微焦级飞秒激光器大多工作于固定重复频率，虽有助于简化系统结构，却在应用层面存在明显局限。某些特定医疗场景，如飞秒激光辅助的白内障手术（FLACS），往往要求重复频率处于数百kHz、同时脉冲能量达到5–10 μJ。因此，开发具备重复频率可调、脉冲能量保持在微焦水平的飞秒激光源，对于拓宽其应用范围具有重要意义。
在该项研究中，团队基于全光纤化的啁啾脉冲放大（FCPA）架构，采用自主研制的啁啾光纤布拉格光栅（CFBG）作为脉冲展宽器，并搭配透射式光栅对压缩器，有效补偿了系统的二阶与三阶色散，最终实现了微焦级能量的飞秒脉冲输出。该系统的核心调控部件为全光纤集成声光调制器（AOM），通过电控方式对脉冲进行选单，从而可在200 kHz至2 MHz范围内连续调节重复频率。
实验结果表明，该系统在最高重复频率2 MHz时可输出单脉冲能量1 μJ、脉冲宽度143 fs的激光；而在200 kHz重复频率下，单脉冲能量可增至10 μJ，脉冲宽度仅为157 fs。在整个调频范围内，输出脉冲宽度均保持在180 fs以下，展现出优异的宽频带性能一致性。此外，该激光系统还具备出色的功率稳定性与高光束质量，能够满足实际工业加工与医疗应用中对光源可靠性的严苛要求。
本研究提出了一种全光纤、结构紧凑、重复频率可大范围调节的微焦级超快激光产生方案，不仅技术路线具有较高的创新性与实用性，也为未来在生物医学成像、眼科手术设备、高分子材料精细加工等领域的应用提供了新的可能性。
该研究获得了国家重点研发计划、上海市浦江人才计划以及国家自然科学基金等多个科研项目的资助。
