近日，超快光科学与技术全国重点实验室付玉喜研究员、曹华保研究员、刘柯阳副研究员团队，在高重频大能量超快薄片激光器方向取得重要进展，相关研究成果发表在国际期刊 Optics Letters。
论文标题：High‑energy (>200 mJ), 1 kHz picosecond laser based on a directly liquid‑cooled Yb:YAG thin‑disk regenerative amplifier
研究背景
高重频大能量皮秒薄片激光，经频率转换可以产生中红外少周期飞秒激光，被学术界称为第三代飞秒激光技术，是高性能阿秒光源的核心驱动源。
目前商业化Yb:YAG薄片激光器普遍采用热沉式间接冷却方案，该方案需要将薄片晶体与散热热沉进行键合，工艺难度极高、技术门槛高，长期制约我国高端超快激光装备自主化进程。
技术方案与创新点
针对上述瓶颈，该团队创新采用直接液冷百微米级Yb:YAG薄片晶体技术路线，突破高功率、大能量薄片激光头工艺难点，实现全部核心工艺自主可控。
激光头关键设计要点：
- 将多片薄片集成在同一个激光头，增加冷却液通道、提高流速，强化热量导出能力；
- 光束透射式增益介质设计，降低晶体热形变带来的光束畸变；
- 采用柔性夹持结构，缓解晶体受热膨胀变形，保障高光束质量稳定输出；
- 搭配多冲程泵浦结构，充分吸收半导体泵浦光，实现激光头小型紧凑化设计。
配图1：关键核心器件实物图 （a）薄片激光头；（b）泵浦模块实物
实验结果
基于啁啾脉冲放大（CPA）技术，利用自研直接液冷Yb:YAG薄片激光头搭建单激光头环形再生放大器：
- 重复频率：1 kHz
- 平均输出功率：＞200 W
- 单脉冲能量：＞200 mJ（皮秒激光输出）
该输出指标与德国Trumpf（通快）Dira‑200产品参数相当；同时是国际上直接液冷Yb:YAG薄片激光头在kHz重复频率条件下实现的最高脉冲能量。
配图2：高重频大能量皮秒薄片激光器性能测试曲线（功率、稳定性、光束质量、光谱、脉冲时域）
团队刘柯阳副研究员解读：“商用产品采用的间接散热是把薄片晶体焊接在散热底座，对焊接工艺要求极高。我们的方案让冷却液直接接触晶体表面流动，热量直接被冷却液带走，散热效率高，同时不劣化光束质量，设备整体结构紧凑，关键指标追平国际同类标杆产品。”
研究意义
该成果为我国高端超快激光装备自主可控提供全新技术路线，可为国家重大科技基础设施建设提供重要技术支撑。
论文英文摘要（节选）
High‑energy (>200 mJ), 1 kHz picosecond laser based on a directly liquid‑cooled Yb:YAG thin‑disk regenerative amplifier
We demonstrate a picosecond regenerative amplifier based on a directly liquid‑cooled Yb:YAG thin‑disk. At 1 kHz repetition rate, the system delivers laser output with pulse energy >200 mJ and average power >200 W. To the best of our knowledge, this represents the highest pulse energy achieved for a directly liquid‑cooled Yb:YAG thin‑disk amplifier operating at kilohertz repetition rates.
