光纤激光器已然成为激光器中的干流，具有高度光纤集成化的特色，其功用往往优于传统固体、气体激光器，这得益于光纤的许多长处，例如易散热、光束质量好、运用寿命长、保护本钱低一级。光纤、光纤光栅与光纤扩大器作为光纤激光器的中心器材，其开展水平也就决议了光纤激光器的开展老练度，是国产化需求要点研讨开发的目标。超短脉冲光纤激光器则需求更为强壮的心脏，因其极高的峰值功率和相对很高的脉冲能量，因而对光纤器材提出了更高的要求。

　　光纤最基本的结构包含纤芯和包层，如图1所示。光能在纤芯中来回反射，每一次反射基本无丢失，这是因为光纤运用了光的全内反射原理，当光从高折射率介质向低折射率介质入射时，在某些视点下光能够被彻底反射。

　　而且光纤的玻璃透明度一般很高，光在光纤中无中继扩大情况下可传输数百公里。而超短脉冲光纤激光器中的光纤往往具有“熊猫眼”或相似结构，如图2所示，意图是使光纤具有杰出的偏振态坚持才能，确保激光器中作业的激光具有单一的偏振态。

　　光子晶体是一种微纳结构被周期摆放的资料，好像有序的晶体，故而得名。自然界中也存在光子晶体，例如蝴蝶翅膀上的细小鳞片是周期摆放的，但翅膀五彩斑斓的色彩并不源自鳞片自身，而是光在周期摆放的鳞片上发生衍射，某些光的反射被增强，即所谓光子带隙效应，所以才显现出这些光的色彩。光子晶体光纤正是运用了光子晶体资料，使得光纤具有丰厚的结构和多样性的功用，图3便是一种光子晶体光纤。

　　在2000年左右，英国巴斯大学的Phillip Russell教授领导的研讨小组在光纤中参加空气孔等微结构来改动光纤特性，报导了光子晶体光纤的重要特性与潜在运用[1]。光子晶体光纤可用于发生超接连谱、超短脉冲激光扩大、激光传输等，光子晶体光纤已成为超短脉冲光纤激光器开展的要害根底资料。

　　光子晶体光纤大致可分为两类，即全内反射型和光子带隙型。图3的光子晶体光纤归于全内反射型，其间的黑色孔洞中的物质一般是空气，空气具有极低的折射率，稀释了石英资料，降低了均匀折射率，适当所以一种恣意折射率的资料。而这种资料围绕在芯径周围，适当于光纤的包层，将光捆绑于纤芯。别的，光子带隙型光子晶体光纤的作业原理适当于多层反射膜，好像蝴蝶翅膀，只要特定色彩的光能够被反射回纤芯，光因而被捆绑在纤芯内。

　　现在，一种空芯光子晶体光纤，因为结构简易且功用优异，受到了业界的注重，称为反谐振空芯光纤。图4（a）为安扬激光研制的反谐振空芯光纤，在纤芯直径40 μm的情况下仍然可坚持杰出的形式质量，如图4（b）所示，并具有低传输损耗，如图4（c）所示。

　　因为大部分光散布在空气中，与玻璃介质触摸的光功率占不到1%，因而反谐振空芯光纤的损害阈值比一般实芯光纤要高，可作为高均匀功率、高脉冲能量或高峰值功率的激光传输光缆。安扬激光的一款铠缆激光器FemtoYL®-20-C即选用反谐振空芯光纤制成的铠缆输出飞秒激光，铠缆输出最窄脉冲宽度达400 fs，最大单脉冲能量超越40 μJ，其脉冲峰值功率可达1亿瓦。

　　超短脉冲光纤激光器是完成精细激光加工的重要技能手段。为了取得高的脉冲能量，需求选用啁啾脉冲扩大技能，首要对前端激光脉冲进行展宽。光纤激光器完成全光纤化具有巨大优势，例如可简化光路、便于保护等，脉冲展宽器也选用光纤器材是必定的挑选。运用大展宽比啁啾光纤光栅完成脉冲展宽，是绝大多数超短脉冲光纤扩大器体系所运用的技能计划，具有展宽比高，规划灵敏以及可补偿高阶色散等长处。

　　早在1996年，美国密西根大学的研讨小组就完成了根据光纤光栅的啁啾扩大体系[2]。该体系的结构如图5所示，因为器材的约束，体系中运用了很多的空间光路，并没有彻底发挥全光纤结构的长处。

　　到了2007年，英国南汉普顿大学的研讨小组报导了超越百瓦级输出功率的根据光纤光栅的啁啾扩大体系[3]。该体系的结构如图 6 所示，它运用了与紧缩器色散匹配的啁啾光纤光栅，将脉冲展宽至2 ns左右，再通过多级扩大器扩大至135 W，最后用空间紧缩器将脉冲紧缩至360 fs。该体系的展宽器部分为全光纤结构，充分发挥了光纤器材的长处。现在，根据图 6 结构的啁啾光纤光栅已广泛运用于超短脉冲光纤激光器产品中。

　　啁啾光纤光栅的制备需求对色散进行准确操控，一起，也要统筹带宽、反射率等方面的要求，制作难度极大。当时有两种技能道路来制备大展宽比啁啾光纤光栅，一是相位掩模板技能，二是接连光纤光栅刻写技能。相位掩模板技能是常用的光栅刻写技能，一般运用紫外激光和相位掩模板来刻写光纤光栅。

　　相位掩模板技能的优势是所制备的光纤光栅重复性较好、出产效率高，缺陷是每个相位掩模板只能制备一种光纤光栅，且用于刻写大展宽比啁啾光纤光栅的相位掩模板制作难度大，价格昂扬。接连光纤光栅刻写技能是运用紫外激光与光纤相对方位的改动来刻写光纤光栅。接连光纤光栅刻写技能相对灵敏，通过方位操控，能够刻写出不同参数的光纤光栅。其难点在于运动操控杂乱，对渠道安稳性的要求较高。接连光纤光栅刻写技能的设备图如图7所示[4]。

　　作为不行代替的中心器材，大展宽比啁啾光纤光栅在曩昔只能依托进口。安扬激光为了处理超短脉冲激光器中心器材的供应链安全问题，自主研制出产大展宽比啁啾光纤光栅，现在已完成彻底国产化。安扬激光常用克己啁啾光纤光栅要害目标如下表：

　　人们对掺稀土光纤的深入研讨源自19世纪80年代。英国南汉普顿大学光电子研讨中心的David Payne教授领导的研讨小组对掺稀土光纤及其运用进行了体系性的研讨[5]。

　　掺稀土光纤前期的运用集中于光通讯范畴。其间的掺铒光纤扩大器一般选用纤芯泵浦，行将单模泵浦光通过WDM耦合器耦合进入纤芯中。这种泵浦方法增益高、噪声低，可是单模泵浦功率低，不适用于高功率扩大。

　　到了1988年，美国的Elias Snitzer提出了包层泵浦的双包层光纤结构[6]。双包层光纤一般由掺稀土的纤芯，折射率比纤芯略低的内包层，和折射率比内包层更低的外包层组成。多模泵浦耦合进入内包层，并跟着传输被纤芯吸收。高功率的多模泵浦能够有用扩大单模纤芯里的信号，完成高功率输出，见图8[7]。

　　跟着技能的不断老练，接连光纤激光器的输出功率在不断提高。从2000年左右的百瓦级到2010年左右的万瓦级单模或近单模光纤激光器，完成了两个级数的增加。直到最近10年，光纤激光器的功率增速才逐步放缓。超短脉冲光纤激光器也在向高均匀功率、高能量和高峰值功率方向开展。为了便于实践运用，人们对掺稀土光纤与合束器焊接、端帽焊接以及进行散热封装处理，构成光纤扩大器。

　　作为脉冲激光器中最中心的器材，光纤技能的开展在超短脉冲光纤激光器的技能打破中起到了决议性的效果。掺稀土技能和包层泵浦技能首要处理了高功率扩大的问题。针关于超短脉冲光纤激光器所需求的高峰值功率、高脉冲能量导致的纤芯非线性效应问题，超大模场面积光纤必不行少。相关于接连激光，高功率脉冲激光对光纤的非线性阈值、损害阈值有着更高的要求，不光要求光纤具有超大的模场直径，一起要求极好的单模特性。

　　现有商业化的芯径在10 μm-25 μm的大芯径有用单模光纤，首要选用阶跃型少模光纤，通过曲折光纤滤除高阶模完成有用单模，但关于纤芯30 μm左右及以上的光纤来说，曲折并不能有用除掉高阶成分。

　　假如要完成30 μm-40 μm，甚至近百微米纤芯直径的单模光纤，用简略阶跃型光纤极难完成。超大模场掺稀土双包层保偏光子晶体光纤，这种技能集成度极高的超大模场光纤填补了这一空白。光子晶体具有特异的性质，而且通过对光子晶体结构和孔洞尺度的操控能够完成比阶跃型光纤更准确的数值孔径操控，使得光子晶体光纤更易于完成大模场单模作业。得益于其优异的单模特性，超短脉冲光纤扩大器愈加安稳、牢靠。

　　通过二十余年的开展，国内外选用光子晶体光纤技能，完成了老练的超大模场掺稀土光纤。现在，安扬激光的柔韧型大模场掺镱光子晶体光纤能够做到40 μm左右的纤芯直径，并具有杰出的光束质量，如图9所述。

　　更大模场的棒状掺镱光子晶体光纤能够做到85 μm左右的纤芯直径，如图10所示，并具有M2因子小于1.1的极好单模特性。

　　这为超短脉冲光纤激光的大规模运用奠定了重要的物质根底。安扬激光常用克己掺稀土保偏光子晶体光纤要害目标如下表2所示：