基于掺Yb³⁺光纤和掺Yb³⁺晶体的飞秒激光器输出的飞秒激光脉冲具有较高的脉冲能量和平均功率，被广泛应用于科研和工业生产；但受Yb³⁺增益介质增益带宽的限制，输出脉冲宽度很难小于300 fs。利用飞秒激光脉冲在多层薄板中的自相位调制效应，分别对基于掺Yb³⁺光纤和掺Yb³⁺晶体的飞秒激光器输出的飞秒激光脉冲进行非线性压缩。通过优化非线性压缩装置的各项参数，实现了对低能量、窄脉宽和高能量、宽脉宽脉冲的非线性压缩，分别获得了脉冲能量为64 μJ、脉冲宽度为42 fs和脉冲能量为315 μJ、脉冲宽度为79 fs的飞秒激光脉冲输出，第一级非线性压缩效率均超过80%，整体压缩效率分别为53%和65%。

报道了基于保偏光纤结构的窄线宽窄脉宽高重复频率光纤激光器。采用主振荡器功率放大器（MOPA），主放大级采用芯径为40 μm的光子晶体光纤（PCF），获得了重复频率为10 kHz、脉宽为1.34 ns、光谱宽度为0.05 nm、脉冲能量为298 μJ的稳定激光输出。通过腔外倍频的方式，使用长度为40 mm的温度匹配型三硼酸锂（LBO）晶体，获得了能量为155.5 μJ 的532 nm激光输出，倍频效率为52%，横向和纵向光束质量分别为Mx2=1.28和My2=1.26。该激光器可应用于基于单光子探测技术的空间激光探测雷达。

在有损耗、色散和自相位调制的影响下,通过分段分析法计算了自发拉曼散射光子的二阶相关函数,研究了长光纤中脉冲光泵浦下自发拉曼散射的时间模式特性。研究结果表明:在无色散和自相位调制的情况下,自发拉曼散射光子的二阶相关函数不受泵浦光损耗的影响,仅由泵浦光脉宽和拉曼光子相干时间之间的比值决定,与自发参量下转换光子的二阶相关函数具有相同的表达式;在有色散和自相位调制的情况下,由色散和自相位调制共同引起的泵浦光脉宽变化,以及泵浦光和拉曼光子间色散致走离,使拉曼光子的时间模式发生改变。自发拉曼散射光子的二阶相关函数取决于光纤损耗系数、色散参数和初始泵浦光脉宽等因素,不再与自发参量下的转换光子相同。

实验搭建了基于分离脉冲放大及光纤非线性压缩的掺铒光纤激光系统。通过三块长度倍增的YVO₄晶体进行偏振复用,实现了八脉冲的分离与合成。探究了不同脉冲宽度的注入条件下分离脉冲主放大器的合成效率。将放大后的脉冲耦合入一段单模保偏光纤中进行非线性压缩,通过控制主放大器的抽运光功率和压缩器的光纤长度,对非线性压缩过程进行优化,获得了重复频率为80.4 MHz、平均功率为510 mW、脉冲宽度为55 fs的超短脉冲。最后,采用MgO∶PPLN晶体进行光学倍频处理,在中心波长783.4 nm处获得了平均功率为146 mW、脉冲宽度为75 fs的倍频光,相应的倍频效率为31%。

提出了一种基于正常色散薄膜铌酸锂集成非线性波导产生高重复频率平坦光学频率梳的方案,并进行了数值仿真研究。采用3.6 m长正常色散薄膜铌酸锂集成非线性波导,通过色散调控优化设计,基于正常色散,利用自相位调制和光波分裂作用,在1550 nm附近仿真得到了3 dB带宽约为32 nm的平坦光学频率梳。利用X-Frog技术分析了双曲正割、高斯和超高斯三种不同输入脉冲在传播过程中的时频演化情况。研究了各种参数对光学频率梳带宽和平坦度的影响,并研究了光学频率梳的相干性。仿真结果表明,薄膜铌酸锂集成非线性波导在1550 nm波段高重复频率平坦相干光学频率梳的产生方面具有较好的应用前景。

非线性脉冲压缩技术是提升高功率全固态超快激光器性能,获得更短脉宽、更高峰值功率超短脉冲激光的重要手段。非线性脉冲压缩依靠克尔效应引起的自相位调制和之后的啁啾补偿来实现。本文介绍了近年来非线性脉冲压缩方法的研究进展并展望了发展前景。

通过波导结构设计以及色散调控,基于孤子脉冲压缩、自相位调制和光波分裂效应,用0.22 m反常色散五氧化二钽波导级联0.9 m正常色散五氧化二钽波导产生在1 520~1 580 nm波段具有4 dB平坦度、60 nm带宽的平坦光频率梳.利用X-Frog技术分析了脉冲在传输过程中的时谱演化,并且研究了产生光频率梳的相干性.时谱演化指出自相位调制和光波分裂的共同作用使得光频率梳的光谱包络变宽,并且具有良好的平坦度.一阶复互相干度计算指出光频率梳具有较好的相干性.仿真结果表明, 五氧化二钽集成非线性光波导在产生高重复频率平坦相干宽带光频率梳方面具有较好的前景.

提出了基于主振荡功率放大(MOPA)结构的皮秒光纤激光系统。该系统将重复频率为29.87 MHz的半导体可饱和吸收镜被动锁模光纤激光器作为种子源。采用预放系统并结合声光调制器将种子源的重复频率降至574 kHz。MOPA结构基于棒状光子晶体光纤(PCF)，利用PCF大模场、高增益的特点直接对脉冲宽度为30 ps的脉冲进行放大，有效抑制了自相位调制效应引起的光谱展宽。研究结果表明，所提系统的5 dB光谱线宽与光脉冲峰值功率成比例，该系统最终输出了近衍射极限、峰值功率为3.4 MW的皮秒脉冲(输出功率为20 W时，光束质量因子M2=1.01)，最高平均输出功率为21.86 W，脉冲宽度为11.1 ps，中心波长为1030.74 nm，5 dB光谱线宽为1.75 nm。