上世紀(jì)90年代初隨著克爾透鏡鎖模（KLM）鈦寶石激光器的發(fā)明，飛秒激光技術(shù)得到了迅速發(fā)展，并被廣泛應(yīng)用于強(qiáng)場物理、超快現(xiàn)象、微納加工、生物醫(yī)學(xué)、寬帶通信等領(lǐng)域。目前KLM鈦寶石激光振蕩器作為最成熟的飛秒激光光源，可以直接產(chǎn)生接近單個光學(xué)周期（~2.7fs）的極短脈沖，但由于其中心波長在近紅外區(qū)域，調(diào)諧范圍有限，因此限制了在更寬波段范圍內(nèi)可開展的超快光譜研究應(yīng)用。相比之下，同步泵浦飛秒光學(xué)參量振蕩器（OPO）由于能夠提寬調(diào)諧的飛秒激光脈沖，因此倍受人們的青睞，從KLM鈦寶石激光出現(xiàn)迄今20多年的時間里，一直是超快激光研究的熱點(diǎn)內(nèi)容之一。但是，與鈦寶石激光相比，飛秒OPO由于受限于泵浦激光的功率及所用非線性晶體的破壞閾值，輸出功率往往很低，如常規(guī)采用準(zhǔn)相位匹配晶體（如PPLN、PPKTP、PPSLT）的飛秒OPO的輸出功率一般僅100mW左右，大大制約了可開展的實(shí)際應(yīng)用，并且由于準(zhǔn)相位匹配晶體較厚的厚度，不僅使得脈沖經(jīng)歷較大的色散，而且導(dǎo)致信號光與泵浦光之間存在非常大的群速度失配（GVM）。近年來隨著高功率全固態(tài)飛秒激光的出現(xiàn)與發(fā)展，采用具有高破壞閾值的KTP、BBO、LBO等晶體作為參量增益晶體，為高功率飛秒OPO的發(fā)展提供了可能。此外由于這類塊材料晶體可以做得很薄，具有較小的色散及群速失配，因此也可以得到較短的脈沖。但伴隨的新問題是參量效率低、振蕩閾值高。

　　針對飛秒OPO的學(xué)術(shù)意義及廣泛應(yīng)用，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家實(shí)驗(yàn)室（籌）研究員魏志義領(lǐng)導(dǎo)的L07組早在多年前就開始了該項(xiàng)工作的研究，并于2007年采用自行設(shè)計(jì)搭建的飛秒鈦寶石激光振蕩器作泵浦，首次在國內(nèi)實(shí)現(xiàn)了飛秒OPO輸出。此后隨著研究工作的深入，該研究組與西安電子科技大學(xué)合作相繼又實(shí)現(xiàn)了雙波長飛秒OPO、腔內(nèi)倍頻飛秒OPO、全固態(tài)1um波段飛秒激光泵浦的OPO及腔內(nèi)倍頻等結(jié)果。最近他們采用近年來出現(xiàn)的新型非線性晶體硼酸鉍（BIBO）作為參量增益晶體，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了515nm綠光泵浦的飛秒OPO輸出（圖1為實(shí)驗(yàn)光路圖）。相比BBO晶體，該晶體具有更大的允許角、更寬的角度調(diào)諧范圍以及更小的空間走離角，在可見光-近紅外波段其有效非線性系數(shù)為3.2 pm/V，分別是BBO的1.6倍和LBO的4倍，而且不存在兩種Ι類相位匹配條件，因此理論上更適合用于高功率綠光泵浦的飛秒OPO。實(shí)驗(yàn)中他們采用1 mm長的BIBO晶體，在平均功率3.4 W的飛秒515nm激光泵浦下，通過角度調(diào)諧方式，獲得了波長覆蓋688-1057 nm范圍的信號光及1150-1900 nm范圍的閑頻光輸出（圖2）。其中信號光的最高平均功率達(dá)1.09 W，并且在整個調(diào)諧范圍內(nèi)的功率都大于450 mW，對應(yīng)的總光光轉(zhuǎn)換效率超過了40%。在此基礎(chǔ)上利用SF6棱鏡對腔外壓縮技術(shù)，分別獲得了最短脈沖為71 fs和90 fs的信號光和閑頻光。與已有利用LBO及BBO晶體的OPO結(jié)果相比，證明BIBO作為一種新晶體，用于飛秒OPO不僅可以實(shí)現(xiàn)更高的光轉(zhuǎn)換效率，而且能夠產(chǎn)生波長范圍更寬的飛秒激光脈沖。

　　相關(guān)結(jié)果發(fā)表在新出版的Optics Letters（Vol.41, Issue 21, pp. 4851-4854 (2016)）上，論文第一作者為魏志義指導(dǎo)的聯(lián)合培養(yǎng)博士生田文龍，物理所的王兆華及西安電子科技大學(xué)的朱江峰也作為主要人員參與了具體研究。該工作得到了中科院先導(dǎo)科技專項(xiàng)、科技部國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項(xiàng)和國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助。

圖1. 采用BIBO晶體的飛秒OPO實(shí)驗(yàn)光路圖，泵浦源為克爾透鏡鎖模飛秒Yb:KGW激光器，LBO為倍頻晶體。

圖2. OPO輸出的信號光（左）和閑頻光（右）的角度調(diào)諧光譜及輸出功率曲線圖