薄片激光器可以实现高峰值功率、高平均功率、高光束质量的激光输出，是高重复频率皮秒泵浦源的关键技术之一。基于Yb∶YAG单薄片激光模块设计并搭建了再生放大系统，连续泵浦下获得了平均功率为40.9 W、重复频率为1 kHz、脉冲宽度为3.4 ns的激光输出，水平方向上的光束质量因子（Mx2）和竖直方向上的光束质量因子（My2）分别为1.12和1.10。基于腔内光束指向主动控制技术，2 h输出的平均功率稳定性峰谷（PV）值和均方根（RMS）值分别为6.42%和0.56%。在600 μs脉冲泵浦情形下，光光效率达16.1%。在10 kHz重复频率下，获得了53.3 W的高平均功率的激光输出，Mx2和My2分别为1.07和1.06。

基于Yb∶YAG单碟片模块设计并搭建了激光再生放大器，实现了重复频率为1 kHz、脉冲能量为107 mJ、脉冲宽度为1.2 ns的近衍射极限激光输出，x的光束质量因子（Mx2）和y方向的光束质量因子（My2）分别为1.07与1.05，光光转换效率为11%。激光中心波长为1031.7 nm，光谱宽度为2.04 nm，该光谱宽度支持将激光的脉宽压缩至735 fs。据我们所知，这是国内首次使用单碟片激光再生放大器实现重复频率为1 kHz、单脉冲能量为107 mJ的激光输出。

介绍了一种无法拉第旋光器的驻波腔再生放大器，通过利用偏振片的剩余反射率，实现种子激光注入与再生腔输出激光输出的光路分离。最终，在10 kHz重复频率下，实现了平均功率为4.87 W的放大皮秒脉冲激光输出，对应的脉冲宽度为53 ps，激光光束质量因子为M²<1.19。

超快激光再生放大过程具有复杂的动力学行为, 需要建立模型进行求解和迭代计算。基于改进的 Frantz-Nodvik 方程计算了 Yb:KGW 晶体再生放大器的输出性质, 研究了泵浦强度、晶体长度和泵浦脉宽对放大器输出性能的影响, 同时对不同重复频率再生放大器的输出行为进行了分析。在此基础上设计了再生放大器, 得到了重复频率 1 kHz、单脉冲能量 1 mJ 的激光放大结果, 与理论分析结果符合得较好。该改进的 Frantz-Nodvik 方程对于设计高重复频率、大能量且性能稳定的激光放大器具有参考价值。

在啁啾脉冲放大 (CPA) 系统中, 时域展宽器与压缩器的匹配是获得高对比度飞秒脉冲的关键。相比较常规的 Martinez 和 ffner 结构的展宽器, 基于同心结构的展宽器由于物与像完全重合, 可以消除像差带来的高阶色散的影响, 进而采用光栅对压缩器以获得更好的压缩效果。透射光栅对和凹面反射镜组合实现的同心展宽器具有结构紧凑的优点, 将该展宽器替代原有的 Martinez 型展宽器, 在重复频率为 1 kHz、泵浦功率为 11.4 W 的泵浦条件下, 展宽后的啁啾脉冲经环形腔钛宝石再生放大器进行能量放大, 再由光栅对进行压缩, 可获得脉冲宽度为 47.5 fs 的压缩结果, 接近于光谱带宽 22.1 nm 的傅里叶变换极限。该结果表明基于透射光栅的同心展宽器可以获得较好的飞秒脉冲压缩效果。

近年来,超快激光器已成为激光精密制造的主力光源。为进一步提高激光加工效率和加工能力,需获得更高平均功率、更大单脉冲能量的超短脉冲激光器。本文基于自研的单薄片模块和串接的双薄片模块分别搭建了一套皮秒薄片激光再生放大器,其中基于单薄片模块的再生放大器采用脉宽小于10 ps的种子源,最终获得平均功率44.2 W、脉冲宽度9.3 ps、单脉冲能量220 μJ的脉冲激光输出,放大器效率约为13.4%。基于串接的双薄片模块的再生放大器采用脉宽800 ps的种子源,在重复频率200 kHz时获得了126 W的激光输出,在重复频率100 kHz时,实现最大输出单脉冲能量为0.96 mJ。考虑到放大的自发辐射的影响,对单薄片结构再生放大器的动力学过程进行了理论建模,得到和实验相符的结果。更进一步的仿真计算和实验表明较低的单程增益使得薄片再生放大器的光光效率受腔内损耗影响较大,降低腔内损耗是实现高效率薄片再生放大器的关键之一。

高重频全固态掺镱飞秒激光放大器在工业超快非热微加工、极紫外光学频率梳、高通量高次谐波产生、角分辨电子动量谱等领域有着重要的作用。首先总结了高重复频率飞秒激光放大面临的增益介质热管理和增益窄化效应等关键技术瓶颈,并对近年来不同掺镱晶体全固态再生放大和行波放大技术的参数特点、适用范围及研究进展进行了梳理。最后展望了基于新型掺镱激光介质的全固态高功率飞秒激光放大器。