目前，主流的固體放大技術聚焦于兩大方向：單通行波放大與多通放大。行波放大通過單次或有限次數(shù)的增益介質(zhì)通光，以低熱積累和高重復頻率見長，但其單程增益受限，難以兼顧高能量與高光束質(zhì)量；多通放大則通過復雜光路設計實現(xiàn)多次能量提取，雖能提升儲能利用率，卻需精密調(diào)控光束模式匹配，且熱管理難度隨功率攀升急劇增加。

在此背景下，再生放大器憑借顛覆性的能量增益模式重塑了激光放大技術的邊界。這項技術通過精密的光學循環(huán)架構，將微焦級種子脈沖注入泵浦激勵的諧振腔，利用電光晶體的納秒級切換精度，驅(qū)動脈沖經(jīng)歷數(shù)十次增益介質(zhì)循環(huán)。每一次穿越增益介質(zhì)，能量呈指數(shù)級攀升，最終輸出毫焦級超強脈沖，單次循環(huán)能量增益達10^6倍。再生放大技術讓微弱激光脈沖經(jīng)歷"復利奇跡"。結合啁啾脈沖放大（CPA）技術將成為飛秒脈沖的技術主流。

高功率泵浦下的熱效應造成的腔體失穩(wěn)與能量增長停滯是再生放大器輸出功率突破的枷鎖。奧創(chuàng)光子突破傳統(tǒng)單晶再生放大器的放大極限，使用雙晶再生放大架構，成功研制出全球領先的高能量、高平均功率的再生放大器。

圖1. 不同晶體實現(xiàn)的再生放大裝置輸出脈沖能量和脈沖寬度

在400W超高功率泵浦下，該系統(tǒng)攻克了高功率泵浦下熱透鏡效應引發(fā)的腔體失穩(wěn)與功率/能量提升受限的共性難題，實現(xiàn)近400W高功率泵浦下再生腔熱穩(wěn)定與動態(tài)模式匹配。高功率高能量Yb:CALGO飛秒再生放大器結構如圖2所示。

圖2. 放大系統(tǒng)示意圖

放大鏈路包含三個部分非線性環(huán)形鏡(Nonlinear Amplifying Loop Mirror, NLAN)鎖模光纖種子源，再生放大器(Regenerative amplifier, RA)和單光柵脈沖壓縮器。通過創(chuàng)新技術融合與核心器件自主化，成功突破高能超快激光的增益窄化與熱管理瓶頸，實現(xiàn)198 fs、>7 mJ的穩(wěn)定輸出，具體技術路徑如下：

前端采用"9"字腔鎖模光纖種子源，通過非線性環(huán)形鏡的周期性飽和吸收效應，直接產(chǎn)生亞百飛秒級超短脈沖。利用非線性脈沖放大，將光譜展寬至1000–1060 nm，有效覆蓋Yb:CALGO晶體的輻射帶寬，顯著抑制再生放大過程中的增益窄化效應。此階段使用自研的馬鞍形CFBG展寬器(Saddle-shaped CFBG)，其反射譜中部凹陷設計（凹陷深度>50%）可預補償后續(xù)放大器的光譜增益窄化效應，其中光柵譜線如圖3所示。

圖3. CFBG光柵反射譜線

放大系統(tǒng)采用雙晶體架構的再生放大器，通過Yb:CALGO雙晶體的熱力學互補和功率平衡負載，在400W高功率泵浦下實現(xiàn)>10^6的增益。通過精準調(diào)控普克爾盒開關時序，優(yōu)化種子光在腔內(nèi)的循環(huán)增益路徑，最終輸出單脈沖能量提升至10 mJ，光束質(zhì)量M2<1.2，功率波動的NRMS<0.5%，輸出脈沖的平均功率穩(wěn)定性如圖4所示。

圖4. 2kHz重復頻率下，輸出平均功率穩(wěn)定性NRMS=0.35% @12h.輸出光束質(zhì)量

末端配置自研高色散容限脈沖壓縮器，實現(xiàn)放大脈沖的精準去啁啾。實測壓縮后脈寬為198 fs，壓縮器效率80%，對應單脈沖能量8mJ，峰值功率可達40 GW。通過自研FROG對輸出脈沖進行時域表征結果如圖6所示

圖6. 輸出脈沖的FROG測試結果

奧創(chuàng)光子通過引入Yb:CALGO雙晶體熱力學互補設計，突破傳統(tǒng)單晶再生放大器的熱穩(wěn)定性極限。實現(xiàn)400 W超高功率泵浦下的動態(tài)模式匹配，解決高功率激光行業(yè)長期存在的腔體失穩(wěn)難題。成功將國產(chǎn)飛秒激光器推升至“毫焦級能量+亞200 fs脈寬”雙高時代，標志著我國在高端激光裝備領域?qū)崿F(xiàn)從“跟跑”到“領跑”的跨越。這一成果不僅打破歐美技術壟斷，更為智能制造、前沿科研提供核心工具支撐，彰顯中國激光產(chǎn)業(yè)的全球競爭力。