巧妙设计的多通路光学放大技术

放大极短激光脉冲（100飞秒以下）存在一个根本难题：放大带宽、效率和增益三者难以同时兼顾[1]。传统方法需依赖复杂光学装置及预处理、后处理步骤[2]。光参量放大[3]虽能提供随非线性介质长度增加而提高的高光学增益，但会牺牲带宽，这限制了其对极短且本质为宽带的超短脉冲的放大效果——这类脉冲放大需宽增益带宽、高单程增益及强非线性相互作用。在此，我们提出新型多通[4]光参量放大系统，它借助色散工程介质镜将激光重复聚焦到非线性增益晶体中。该介质镜涂层可在每次多通过程后补偿群延迟[5]，同时抑制闲频波以减少反向转换。此方法相比单程放大增益提高1500倍，光子转换效率达81%（系统转换效率52%），放大脉冲时间-带宽积接近傅里叶极限，且完全保持空间光束质量。我们的方案突破增益与带宽的限制，在41分贝增益下实现12太赫兹带宽。因无需特定增益材料，该系统通用性强，可广泛应用于量子技术[7,8,9]、阿秒物理[10,11,12]、材料加工及超宽带低成本生物成像系统[13,14]中的超快[6]激光系统，设备体积仅为个位数立方厘米。