從鎖模到CPA放大——飛秒光纖激光器中的物理

從鎖模到CPA放大

——飛秒光纖激光器中的物理

文/邵國棟 武漢華銳超快光纖激光技術有限公司

刊載於《激光世界》2018年11/12月 第6期

前言

北京時間10月2日下午，瑞典皇家科學院公佈了2018年的諾貝爾物理學獎獲得者，由來自於美國的Arthur Ashkin，法國的Gerard Mourou和他的學生、 加拿大的Donna Strickland女士三位物理學家分享了這今年的諾貝爾物理學獎金。本次獎項的50%授予Arthur Ashkin的“光鑷及其在生物系統中的應用”，另一半授予Gerard Mourou和Donna Strickland的“啁啾脈衝放大技術(Chirped Pulse Amplification，CPA)，用於生成高強度的超短脈衝激光的方法”。這一讓所有超快激光研究人員振奮的新聞，把啁啾脈衝放大這個讀起來有點繞口甚至有些人都不會念的專業術語放大到了公眾面前。在諾獎委員會的官方新聞稿裡，他們是如下描述CPA技術的：

First they stretched the laser pulses in time to reduce their peak power, then amplified them, and finally compressed them. If a pulse is compressed in time and becomes shorter, then more light is packed together in the same tiny space – the intensity of the pulse increases dramatically.

對於激光放大器來講，在激光材料損傷閾值和非線性效應如自聚焦等其他物理因素的限制下，放大器對於可達到的激光脈衝峰值功率有一個上限，使用傳統對種子脈衝直接放大的方法無法突破這個物理限制。因此Mourou他們提出了一個方法：先在時域上展寬需要放大的脈衝（一般是通過延時線，Dispersion delay line），在單脈衝能量不變的情況下降低峰值功率；然後再對展寬後的脈衝進行放大，這樣在放大到同樣峰值功率時，由於脈寬的展寬，能得到的單脈衝能量就更大，最後時域壓縮脈衝（一般通過相反色散量的延時線），就可以獲得更高峰值功率的脈衝。

如果只是像上述那樣定性地解釋CPA技術的話，即使是非專業人士也能讀懂，甚至覺得的很簡單，有些人就會問類似的問題：“為什麼普通調Q或者MOPA脈衝光纖激光器不能通過CPA技術放大到更高能量呢？”想要回答這個問題，就必須對CPA技術的物理原理和飛秒光纖激光器背後的物理做一番解釋了，而且想要研發飛秒光纖激光器的話，必須對飛秒光纖激光器中的物理原理需要理解非常清楚才行，不然設計出來的激光器可能就會有問題。借諾貝爾獎的東風，作者結合自己的學術研究方向，和在武漢華銳超快光纖公司從事高功率飛秒光纖激光器的研發經驗，從鎖模原理出發，結合CPA技術，與大家簡要討論一下飛秒光纖激光器背後的物理原理，希望通過這篇文章能夠讓更多人瞭解超快激光，從而推動激光器和超快激光加工的發展。

1、鎖模

鎖模（Mode locking）是激光器產生超短脈衝的方法之一，與調Q（Q-Switching）相類似，鎖模也是對激光器腔內進行調製，讓原本連續光（Continuous wave, CW）分裂，從而產生脈衝。但是鎖模與調Q僅僅是在物理現象上有所相似，其物理原理是完全不一樣的。本章從鎖模的物理原理出發，介紹一下鎖模脈衝的特性和目前通用的鎖模方法。

1.1 鎖的是什麼“模”？

調Q，顧名思義，是對激光器腔內的Q因子進行調製，本質上是一種損耗調製，結合增益介質的增益特性產生脈衝。而鎖模這個詞就沒有那麼直觀了，鎖頻激光器（Frequency locked laser）有些人可能聽說過，是通過外腔反饋等方法將激光器的輸出波長鎖定在非常窄的頻率範圍。但是鎖模激光器是鎖定的什麼“模”呢？這就得從激光器的模式說起。

通常大家在討論連續激光器和普通脈衝激光器時，會遇到“500 W單模連續光光纖激光器”、“200 W多模脈衝光纖激光器”之類的說法，這裡提到的“單模”、“多模”裡面的激光模式是指的激光的橫模（Transverse Mode），即激光器輸出光斑的空間分佈，描述的是激光的空間（Spatial）特性，在lp座標下的模式分佈如圖1所示。上面提高的“單模激光器”代表輸出激光的空間模式是基模，即圖中的0-0 模式；而“多模”指的激光分佈除了基模外，還有其他的高階模“High order mode， HOM”。橫模的產生和分佈是由激光器腔的光學特性決定。在光纖激光器中，激光在光纖中傳輸的波導特性決定了輸出激光的橫模分佈，通常使用“V”值來衡量光纖是否支持多模，“M”（M≈V2/2）值表示光纖中支持的橫模數量。

圖1. 在拉蓋爾-高斯座標中的激光橫模分佈。（圖片來源：Wikipedia）

我們知道，每個激光器都由諧振腔、泵浦和增益介質三要素構成，增益介質接受泵浦（光或電）產生的ASE熒光在諧振腔中共振引起受激輻射放大產生激光。由於諧振腔是一個駐波腔，因此只有ASE熒光中滿足諧振腔駐波條件的波長成分才能產生相長共振而放大。這裡我們把滿足諧振腔共振條件的波長叫做縱模（Longitude mode），縱模表示激光的頻域（Spectral）性質。同時考慮到增益介質的光譜性質，只有在（淨）增益譜中的縱模成分才能在激光器中起振並且被放大。如圖2中所示，圖2（a）表示激光的增益譜，具有一定的增益帶寬，例如一般一般摻鐿光纖（Ytterbium doped fiber, YDF）的增益譜寬度可達50 nm；圖2（b）表示的是一個長度為L，折射率為n的諧振腔中，其縱模頻率間隔Δv=C/2nL，對一個5 m長的1064 nm線性光纖激光器諧振腔，縱模間隔Δv=C/2nL=107 Hz，對應于波長間隔Δλ=3.77*10-5 nm；這樣可算出YDF的增益譜中可支持多達106個縱模成分，如圖2(c)中激光輸出包絡中所包含的縱模成分。

圖2. 激光器中的縱模和增益特性。（圖片來源：Wikipedia）

需要注意的是，我們在上面討論縱模間隔時，只考慮了激光器的線性特性即恆定腔長和頻率，而在實際中尤其是超快激光器中，由於腔內較高的峰值功率，有時需要考慮非線性折射率n2帶來的腔長的非線性部分變化和mode pulling效應。

除了橫模和縱模之外，在普通光纖中，由於光纖材料中雙折射的存在，激光在傳輸時有兩個正交的電場偏振方向，激光的偏振分量稱之為偏振模（Polarization mode）。在傳輸過程中，兩個正交的偏振模會通過交叉相位調製（Cross phase modulation，XPM）和四波混頻（Four wave mixing，FWM）效應互相耦合（Polarization coupling），產生比如矢量孤子（Vector soliton）、偏振域（Polarization domain wall）和明暗孤子（Dark-bright vector soliton）等非常有意思的非線性現象。而在實際應用中，尤其是通信領域，即使兩個偏振方向的折射率區別非常小（一般由拍長Beat length來描述，拍長越長，雙折射越小），在長距離光纖傳輸中，由於偏振模色散（Polarization mode dispersion，PMD）效應會導致兩個偏振方向的光信號發生走離，從而上導致信號劣化，因此在實際中通常採用PMD補償或全保偏方式來解決這個問題。

1.2 鎖模脈衝的特性

在正常工作的激光器中，起振的各縱模的相位是雜亂無章的，因此在時域（Temporal domain）上表現出的是一個連續光；若縱模的相位（差）保持恆定時，激光在時域上的表象就是一個脈衝，若保持恆定的縱模個數越多，產生的脈衝就越窄，這個過程我們稱之為鎖模（Mode locking），或者相位鎖定（Phase locking）。縱模相位鎖定產生脈衝的具體數學原理和推導過程在介紹激光原理的參考書上都有介紹，因此這裡略去不提，有興趣的讀者可以自行查閱。我們只需要的定性地從下面三點理解鎖模即可：

1. 鎖模是使得激光器中振盪的各縱模相位保持恆定；

2. 縱模相位鎖定後，激光在時域上表象是一個光脈衝：

3. 相位鎖定的縱模越多，光脈衝越窄。

鎖定的縱模越多，在光譜上表現為光譜寬度越寬。這裡就要引入一個“轉換極限（Transform limited）”的概念，即對應於特定寬度的鎖模光譜，有一個最窄的鎖模脈衝寬度，對於雙曲正割型（sech2-shape）脈衝，對應關係為Δv*Δt≥0.315，對於高斯型（Gaussian-shape）脈衝則為Δv*Δt≥0.44，Δv和Δt分別代指的是鎖模脈衝的光譜寬度和脈衝寬度，其Δv*Δt數值稱為時間-帶寬因子（Time-Bandwidth Product，TBP），通常用來衡量鎖模脈衝的啁啾（Chirp）程度。脈衝寬度符合其光譜轉換極限的脈衝被稱為轉換極限脈衝，即該光譜狀態下可實現的最窄脈寬的脈衝。

這裡我們可以從物理上區別鎖模脈衝與調Q脈衝或者MOPA激光器中的電調製激光二極管中產生的脈衝（後簡稱MOPA脈衝）之間的區別。調Q脈衝和MOPA脈衝本質上是被調製的連續光（Modulated CW），其縱模相位是雜亂無章的。而鎖模脈衝的縱模相位是鎖定的，因此可以通過傅里葉變換（Fourier tTransformation）從脈衝的頻域特性得到脈衝的時域特性，這樣的脈衝波形和光譜被稱為是相關的（Coherent）。時域-頻域的相關性就是鎖模脈衝和調Q/MOPA脈衝最本質上的區別。這樣也可以理解通過MOPA脈衝和鎖模脈衝產生的超連續譜（Super Continuum Spectrum ）的區別，由鎖模脈衝產生的超連續譜的相干性要比MOPA脈衝產生的超連續譜更好。

1.3 鎖模原理和方法

鎖模方法一般分為主動鎖模和被動鎖模。除了主動相位調製之外，一般都是通過損耗調製的方式實現鎖模，其中最常用的是通過飽和吸收（Saturated Absorption）效應產生鎖模。飽和吸收效應，即光強越強，工作物質的吸收越弱，當光強足夠強時，飽和吸收體（Saturable Absober, SA）被“漂白”，對光不再吸收。飽和吸收體的吸收特性和工作原理如圖3所示。飽和吸收的弛豫時間越短，能支持的鎖模脈衝寬度也就越窄。在光纖激光器中，通過飽和吸收效應鎖模的方式主要有非線性偏振旋轉鎖模（Nonlinear Polarization Rotation，NPR），半導體可飽和吸收鏡(Semiconductor Saturable Abosrption Mirror, SESAM)鎖模和非線性環行鏡（Nonlinear Loop Mirror，NOLM）鎖模。在光纖激光器中，鎖模脈衝的形成除了受飽和吸收效應影響外，光纖諧振腔的色散、非線性、增益/損耗和增益帶寬對鎖模脈衝的演化動力學過程有著重要的影響，直接決定鎖模的光譜寬度、脈衝寬度和脈衝穩定性。

圖3. 飽和吸收效應圖示。（左：飽和吸收體的吸收特性；右：飽和吸收體對脈衝的強度調製） （圖片來源：Prof. Frank Wise’s Website@Cornell University）

目前工業級光纖鎖模種子源基本都是SESAM鎖模加線性腔結構設計，如圖4所示，其中可以通過選擇不同的輸出啁啾光柵和SESAM參數，實現皮秒或者飛秒鎖模。在光纖飛秒鎖模種子源激光器中，飛秒激光的脈衝形成動力學過程與光纖諧振腔參數直接相關，因此增益輸出啁啾光柵的帶寬和色散對輸出脈衝特性影響非常大，圖5所示的是華銳超快光纖激光技術有限公司提供的Erai-S型飛秒光纖鎖模種子源的輸出光譜。鎖模光譜寬度超過15nm，光譜包絡頂部非常平滑，說明鎖模脈衝中幾乎都是線性啁啾，因此非常適合進行飛秒脈衝放大，獲得高質量的壓縮脈衝結果。

圖4. 典型的光纖鎖模種子源設計 （圖片來源：Teraxion官網）

圖5.華銳光纖的Erai-S飛秒種子源典型輸出光譜

2、啁啾脈衝放大

2.1 什麼是啁啾脈衝放大？

Mourou和Strickland獲得諾貝爾獎是因為他們提出的啁啾脈衝放大技術，首先我們需要知道什麼是啁啾脈衝。上一節的內容中介紹到鎖模脈衝的光譜是由很多個相位鎖定的縱模組成。而我們知道，不同波長的光在介質中傳播會受到色散效應（Chromatic Dispersion）的影響，即不同波長在介質中的折射率（Reflective Index)不同，因此傳播的速度也就有差異。對於一個鎖模脈衝而言，色散效應導致脈衝中不同縱模在介質中的折射率不同，產生群速度色散（Group Velocity Dispersion，GVD），在時域上的表現為脈衝中不同成分的光在介質中傳播速度不一樣，因此脈衝就會被展寬。從本質上講，色散實際上是一個頻率相關的時間延時，因此這種因為色散而發生展寬的脈衝被稱為啁啾脈衝（Chirped Pulse）。這裡需要指出的是，不僅僅是色散，非線性效應也會產生啁啾，例如在光纖中的自相位調製（Self Phase Modulation，SPM），但由SPM產生的啁啾不僅與頻率相關，還與光強的二次方相關，因此是一個非線性啁啾。對於脈衝中的非線性啁啾，實驗中往往難以補償，而色散產生的線性啁啾，可以通過引入相反色散量進行補償。

在最初做超短脈衝放大的研究中，光學系統的光學損傷閾值和非線性效應如自聚焦往往限制了放大系統可達到的最大峰值功率，從而限制了單脈衝能量，此時如果用來放大的脈衝寬度越寬，在峰值功率一定的前提下能獲得的單脈衝能量就越大。因此Mourou等人提出，可以先對超短脈衝在色散介質引入線性啁啾，對脈衝進行展寬，然後再進行放大，最後在引入相反色散量，將展寬放大的脈衝進行時域壓縮，即可突破光學系統的峰值閾值，獲得更高峰值功率的脈衝輸出，圖6是Mourou和Strickland介紹他們CPA工作的第一篇文章中的CPA放大示意圖（“Compression of amplified chirped optical pulses”, Optical Communication, Volume 56, Issue 3, 1985, Page 219-221）。

圖6. Mourou文章中的CPA放大和壓縮結構示意圖

下面通過這邊文章的實驗結果為例，解釋超短脈衝CPA放大的過程。實驗中採用的種子激光器是一臺早期的Nd：YAG鎖模激光器，輸出脈衝脈寬150ps，重複頻率82MHz。他們將鎖模脈衝導入一根長為1.4km的單模光纖中，將脈衝展寬至300ps，光譜寬度50 A，即5nm，功率2.3W。展寬後的脈衝後進入一個再生放大腔放大至單脈衝能量2mJ，然後通過一對光柵組成的Treacy壓縮器（Treacy Compressor） 將展寬後的脈衝壓縮至1.5ps。在實驗中，壓縮器的壓縮效率為50%，即壓縮後單脈衝能量1mJ，峰值功率達667 MW。雖然在30多年後看這篇文章，文中的CPA設計在很多地方是有問題的，例如進入展寬光纖的種子光功率太強，自相位調製的積累導致光譜展寬，而且過長的展寬光纖也會造成偏振模色散和穩定性方面的問題，但是其方法開創了一種全新的突破光學系統峰值功率上限的技術，將超快激光器的功率提升到了新的臺階。

2.2 展寬和壓縮介質

在做啁啾脈衝放大之前，首先需要對種子鎖模脈衝進行展寬。一般是通過色散對引入線性啁啾進行展寬，需要引入很大色散量，在光纖技術突破之前，做科學研究時通常使用光柵對對脈衝引入色散，如圖7中所示。由於不同波長成分的光對於光柵的衍射角不同，這樣可以對不同波長成分引入光程差，起到引入色散的效果。

圖7. 光柵對引入色散 （圖片來源：Ibsen官網）

使用光柵對進行脈衝展寬，需要引入空間光路，因此在實際操作中比較複雜，不利於在工業級超快激光器中使用。而隨著光纖技術的發展，尤其是光纖損耗的降低，目前常用光纖引入較大色散進行脈衝展寬。下面定量的解釋如果使用光纖進行脈衝展寬：假設種子脈衝的中心波長1035nm，光譜寬度5 nm，脈衝寬度225 fs的轉換極限脈衝，引入100m長的HI1060光纖中。HI1060光纖在1035nm附件的色散參數（Dispersion Parameter）為D= - 40ps/nm/km，負號表示為正常色散（Normal Dispersion）。此時鎖模脈衝通過光纖後的展寬量為|-40|ps/nm/km*5nm*100m=20ps，即脈衝展寬到20 ps+225 fs=20.225ps。我們可以看到，如果需要將脈衝展寬的更寬，需要脈衝有更寬的光譜和使用更長的展寬光纖。雖然使用光纖展寬相較光柵對結構更簡單損耗更小，但是過長的光纖會引入大量的三階色散（Third Order Dispersion，TOD），會導致在做脈衝壓縮特性劣化，表現為在脈衝前沿會產生非對稱的拖尾。同時太長的光纖光程還會帶來不必要的自相位調製積累，也會造成脈衝壓縮的劣化，表現為脈衝前後沿產生無法壓縮的對稱背底（Pedestal）。若使用普通光纖展寬的話，展寬光程太長會導致偏振模色散，兩個偏振模會發生走離，影響脈衝壓縮質量。

目前隨著光柵技術的發展，某些廠家推出了脈衝展寬光柵，通過一段啁啾率特殊設計過的啁啾光纖光柵（Chirped fiber Bragg grating，CFBG）引入大量色散使得脈衝展寬，三階色散量也可通過光柵的特殊設計調整，這樣可以避免使用過長的光纖展寬引入的TOD和SPM積累問題。同時，通過對光纖光柵進行分段控溫，可對展寬量和TOD作小範圍調整，從而實現壓縮脈衝寬度的脈衝質量可調。但是CFBG的帶寬往往有限，色散參數較大的往往帶寬較小，帶寬較大的色散參數範圍往往有限，因此在使用中需要結合鎖模種子脈衝的光譜寬度和最終壓縮目標量，以及整個光纖光程，選擇合適參數的脈衝展寬光柵。

在對展寬的啁啾脈衝進行放大後，需要引入和展寬時相反的色散量，對脈衝進行壓縮。目前普遍採用的是上面所述的光柵對組成Treacy壓縮器對脈衝進行壓縮，如圖8所示。圖9是華銳超快Erai-35飛秒光纖激光器的壓縮後脈衝自相關測量曲線。Erai-35飛秒激光器輸出平均功率35W，單脈衝能量200uJ，如圖中實測脈衝寬度小於300 fs。我們可以看到脈衝底部有輕微未壓縮的背底成分，這是由於脈衝放大過程中產生無法補償的非線性積累，在高單脈衝能量飛秒光纖激光器中是普遍現象，但若脈衝背底成分過多，會使得實際單脈衝能量和峰值功率與理論計算值有較大偏差，加工中達不到理想的加工效果。為了減少背底成分對脈衝質量的影響，需要更高質量的鎖模種子脈衝、優化的放大光路和壓縮器設計。

圖8. 使用透射光柵對壓縮器對展寬脈衝進行壓縮（圖片來源：Ibsen官網）

圖9:華銳超快Erai-35 飛秒光纖激光器典型輸出脈衝自相關測量曲線

使用光柵對結構進行脈衝壓縮，也同樣存在著結構複雜和空間穩定性等問題。目前一些廠商提出了另外使用啁啾體光柵（Chirped Volume Bragg Grating，CVBG）進行脈衝壓縮的方案，可以實現非常緊湊的壓縮器設計。啁啾體光柵使用特殊的光敏材料製作，與啁啾光纖光柵類似，也是通過光敏產生週期性折射率變化的形式，引入大量色散量，如圖10中所示。由於CVGB是體光柵且通光面積更大，因此它可以承受很高功率(>100W)，且效率較高，而且其緊湊的結構可以實現類似於普通光纖脈衝激光器的激光頭結構輸出。

圖10. 啁啾體光柵工作示意圖 （圖片來源：Optigrate官網）

另一方面，在激光脈衝峰值功率較低時，還可以使用與展寬介質色散相反的色散補償光纖（Dispersion Compensation Fiber，DCF）進色散補償，這種方法在1.5 um摻鉺超快光纖激光器中比較常見。而製作光纖的石英材料在1 um波段很難通過基於普通光纖設計的方式實現反常色散（Anomalous dispersion），因此目前1 um波段的色散補償光纖一般是通過特殊設計的光子晶體光纖實現，典型的如NKT Photonics的HC1060 Hollow Core型光子晶體光纖（Dispersion@1060nm = 120 ps/nm/km），如圖11所示。使用色散補償光纖壓縮，可實現更加緊湊的CPA放大設計，在低功率飛秒光纖激光器和飛秒光纖振盪器中在尤為適用。

圖11. NKT Photonics公司的HC1060光纖橫截面。（圖片來源：NTK Photonics官網）

2.3 脈衝放大

在飛秒光纖激光器中，其放大介質是光纖，相比於固體放大，光纖放大的峰值功率限制和SPM積累效應更加明顯，即使是採用CPA放大的形式，在普通光纖中可放大到的最高功率依然有限，因此需要使用CPA放大結合新的放大介質例如特殊光纖和放大方法。

目前廣泛使用的以特殊光纖為放大介質的主要包括光子晶體光纖和拉錐光纖，其目的都是特殊的光纖設計，保持基模的放大和傳輸，並實現較大的模場面積，從而能降低功率密度，實現更高功率輸出。光子晶體光纖主要使用的是NKT Photonics生產的40/200 光子晶體光纖和65/85um纖芯直徑的棒狀光子晶體光纖(PCF ROD)兩種。其中40/200光纖放大的峰值功率可達150~200 KW, 一般用於最大單脈衝能量50uJ左右的的超快光纖激光器中，例如法國Amplitude公司的Satsuma系列、相干公司的Monaco系列和通快的TruMicro2020系列；而更大模場面積的棒狀光子晶體光纖中可支持 >500 KW的峰值功率，最高可支持壓縮後單脈衝能量200 uJ輸出，例如Amplitude的Tangerine系列。使用光子晶體光纖的問題在於首先成本較高，而且目前只有NKT Photonics單家供應商，因此有很高的供應風險，其次使用光子晶體光纖，尤其是棒狀光纖都無法做成真正的全光纖結構，仍有存在大量的空間光學結構，導致整機穩定性問題。除光子晶體外，IPG等一些激光器廠商使用拉錐光纖作為主放大介質。拉錐光纖通過一定的錐形曲線，從小纖芯通過若干長度後過度到大纖芯，這樣在放大過程中可以一直保持基模的持續放大，在保證光束質量的同時實現更高放大功率。

同時，通過結合一些新的激光技術與CPA技術結合，可實現更高功率的放大。例如法國的Amplitude公司在《Optics Letters》上發表的《Femtosecond fiber chirped- and divided-pulse amplification system》文章（Optics Letters，Vol.40，Issue 1，Page89-92），將CPA、分佈式放大和偏振相干合成結合使用，使用PCF ROD實現脈寬320 fs、單脈衝能量430 uJ輸出，其放大光路設計如圖12中所示。

圖12. 偏振分束分佈式CPA放大 （圖片來源：OSA）

總結

距1985年Mourou和Strickland在《Optics Communication》上發表第一篇CPA放大的文章至今他們因CPA技術獲得諾貝爾物理學獎已經過去了33年。期間超快激光器尤其是超快光纖激光器無論是在理論上和工業技術上都取得了長足的發展。

鎖模種子源從最初的固體鎖模激光器發展到瞭如今廣泛使用的光纖鎖模激光器，在鎖模機理和超短脈衝形成和演化機理方面的研究，從孤子鎖模（Soliton mode locking）、展寬脈衝鎖模（Stretch pulse mode locking）、自相似鎖模（Self-Similar pulse mode locking）到全正色散耗散孤子鎖模（Dissipative soliton mode locking），脈衝在鎖模激光器中的形成機理已經獲得了非常深入的研究；同時對於鎖模材料研究，從最初的Kerr-lens鎖模，到U. Keller發明半導體和飽和吸收體鎖模，到後面光纖激光器中的NPR鎖模，NOLM鎖模到新型材料如石墨烯（Graphene）、二硫化鉬（MoS2）和黑磷（Black phosphorus）鎖模，已經建立起完備的鎖模理論、鎖模材料實驗研究體系。在工程技術方面，商業化的半導體可飽和吸收鏡和色散補償器件使得超快鎖模種子源可以大批量供應，更成熟的製造和應用技術也使得種子源的壽命不斷提升。

在CPA的展寬-壓縮設計中，越來越多的新器件和新材料被採用，從最初的光柵對和普通光纖展寬，發展到了啁啾光纖光柵、特殊光纖等器件，在提供更多色散量的同時，提高了系統光學性能和工程便利性。壓縮器也從傳統的光柵對Treacy壓縮器設計，發展到了使用CVBG等器件，使得系統更緊湊，穩定性更強。在放大介質方面的研究也在不斷推進，越來越多的新器件被推出，國產光子晶體光纖的發展也越來越快。在追求更高功率方面，國內對碟片激光器的研究也越來越關注。

從這三十年的發展可以看出，CPA技術拋磚引玉，打破了阻礙高功率超快激光器發展最主要的限制，讓更多的技術可以“破門而入”，與CPA技術相結合，將超快激光器的研發推上一個又一個高點。

參考文獻：

1. F. W. Wise, A. Chong, and W. H. Renninger, "High-energy femtosecond fiber lasers based on pulse propagation at normal dispersion," Laser Photonics Rev. 2(1–2), 58–73 (2008).

2. D. Strickland and G. Mourou, "Compression of amplified chirped optical pulses," Opt. Commun. 56(3), 219–221 (1985).

3. Y. Zaouter, F. Guichard, L. Daniault, M. Hanna, F. Morin, C. Hönninger, E. Mottay, F. Druon, and P. Georges, "Femtosecond fiber chirped- and divided-pulse amplification system," 38(2), 106–108 (2013).