CN111934176A - 少周期量级高能飞秒脉冲产生装置和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种少周期量级高能飞秒脉冲产生装置，包括飞秒激光器前端、预啁啾管理单元、非线性光纤放大单元、色散补偿单元和非线性脉冲压缩单元；飞秒激光器前端输出的飞秒脉冲序列先经过预啁啾管理单元进行脉冲啁啾量调节，再经过非线性光纤放大单元放大功率同时展宽光谱，之后再通过色散补偿单元压缩获得亚百飞秒脉冲，压缩后的脉冲最后再利用一级基于充气空芯光子晶体光纤的非线性脉冲压缩单元充分展宽光谱并补偿色散即可获得高能量少周期量级飞秒脉冲。本发明方法将预啁啾放大技术与非线性脉冲压缩技术结合，降低了少周期量级脉冲产生装置的复杂性，提高了少周期量级脉冲的产生效率。

Description

少周期量级高能飞秒脉冲产生装置和应用

技术领域

本发明涉及超快激光技术领域，特别是涉及少周期量级飞秒脉冲的产生技术，具体涉及一种少周期量级高能飞秒脉冲产生装置和应用。

背景技术

啁啾脉冲放大(CPA)技术自发明以来极大地推动着超短脉冲激光所能获得的峰值功率量级。通过对光学脉冲充分地展宽放大再压缩，基于光纤激光器输出的超短脉冲能量可以达到毫焦量级。但是，由于增益窄化和色散失配问题，CPA系统输出的脉冲宽度通常在200fs以上。

为了获得少周期量级甚至亚十飞秒脉冲输出，光纤激光器中常用的方法是将CPA系统输出的脉冲注入非线性脉冲压缩级利用非线性效应展宽光谱再压缩脉冲以获得少周期量级超短脉冲。主要技术包括：(1)融石英薄片，(2)多通气池，(3)充气空芯光纤。其中充气空芯光纤具有的波导作用使得输出光束质量较好并且色散特性随充气类型和气压灵活可调而被广泛应用。一般情况下，CPA系统需要配合两级充气空芯光纤压缩级才能获得亚十飞秒脉冲输出。这种方案一方面会使得系统整体结构变得复杂，另一方面也会降低最终的脉冲产生效率。

相比之下，预啁啾放大技术利用非线性放大方法再结合大模场棒状光子晶体增益光纤成为了目前获得百瓦级亚百飞秒微焦脉冲的有效手段，但是仍然不能满足直接输出亚十飞秒脉冲的目标要求。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种少周期量级高能飞秒脉冲产生装置，此方法降低了少周期量级脉冲产生结构的复杂性，提高了脉冲的整体产生效率。

在阐述本发明内容之前，定义本文中所使用的术语如下：

术语“少周期量级高能飞秒脉冲”是指：持续时间在十个周期以内的高能飞秒脉冲，其中周期是指具体光频电磁波对应的光学周期，即光速除波长的倒数，比如波长在1μm的激光对应的周期是3.3fs，因此在1μm波段少周期量级高能飞秒脉冲就是指脉宽小于33fs的高能飞秒脉冲。

术语“尖劈”是指：侧面截面形状为三角形的长条状玻璃材质光学元件。

术语“GTI镜”是指：Gires-Tournois干涉镜。

为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种少周期量级高能飞秒脉冲产生装置，所述装置包括：飞秒激光器前端、预啁啾管理单元、非线性光纤放大单元、色散补偿单元和非线性脉冲压缩单元；

其中：

所述飞秒激光前端的输出端与所述预啁啾管理单元的输入端相连，所述飞秒激光前端用于发射一束超短脉冲序列；

所述预啁啾管理单元的输出端与所述非线性光纤放大单元的输入端相连，所述预啁啾管理单元由色散调控器件组成，用于调整输入脉冲的啁啾量；

所述非线性光纤放大单元的输出端与所述色散补偿单元的输入端相连；所述非线性光纤放大单元用于对预啁啾管理单元输出的脉冲进行功率放大，利用非线性效应展宽脉冲对应的光谱；

所述色散补偿单元的输出端与所述非线性脉冲压缩单元的输入端相连；所述色散补偿单元用于对非线性光纤放大单元输出的脉冲进行色散补偿；和

所述非线性脉冲压缩单元用于对从所述色散补偿单元的输出端输出的脉冲进行光谱展宽和色散补偿以压缩脉冲，产生比所述色散补偿单元输出端脉宽更窄的高能超短飞秒脉冲。

根据本发明第一方面的装置，其中，所述的飞秒激光前端为光纤激光器或固态激光器，优选为掺镱光纤激光器；

更优选地，所述飞秒激光前端发射的超短脉冲序列中心波长范围为1～2μm，优选为1μm～1.06μm，最优选为1.03μm。

根据本发明第一方面的装置，其中，所述预啁啾管理单元中的色散调控器件为光栅对、棱镜对或一对尖劈；优选为光栅对。

根据本发明第一方面的装置，其中，所述的预啁啾管理单元由反射镜和光栅对组成；

优选地，所述预啁啾管理单元包括第一平面反射镜、第一透射光栅、第二透射光栅和角向反射镜。

根据本发明第一方面的装置，其中，所述的非线性光纤放大单元包括依序排列的第二平面反射镜、第一平凸透镜、增益光纤、第二平凸透镜、第一双色镜、第二双色镜、第三平凸透镜和泵浦激光二极管；

优选地，所述非线性光纤放大单元还包括放置在第二平面反射镜和第一平凸透镜之间的第一半波片和脉冲分离器件，以及放置在第一双色镜之后的第二半波片、脉冲合成器件和第三半波片。

根据本发明第一方面的装置，其中，所述脉冲分离器件和所述脉冲合成器件为由偏振分束棱镜加延迟线构成的器件或双折射晶体；

优选地，所述脉冲分离器件和所述脉冲合成器件均由材料及参数相同的双折射晶体构成；

更优选地，所述双折射晶体优选自以下一种或多种：方解石、钒酸钇、硼酸钡；

进一步优选地，所述脉冲分离器件为钒酸钇双折射晶体，所述脉冲分离器件的厚度优选为4～10mm；和/或所述脉冲合成器件为钒酸钇双折射晶体，所述脉冲合成器件的厚度优选为4～10mm；。

根据本发明第一方面的装置，其中，所述色散补偿单元中的色散补偿器件为光栅对、棱镜对、啁啾镜或GTI镜；

优选地，所述色散补偿器件包括第一啁啾镜、第二啁啾镜和第三平面反射镜。

根据本发明第一方面的装置，其中，所述的非线性脉冲压缩单元进行光谱展宽实现非线性脉冲压缩的技术选自以下一种或多种：实心光纤技术、空芯光纤技术、多通气池技术、固体薄片技术；

优选地，所述的非线性脉冲压缩单元基于空芯光纤技术，器件包括第四平面反射镜、第四平凸透镜、空芯光纤、第五平凸透镜；

更优选地，所述的非线性脉冲压缩单元在第五平凸透镜后还设置有第三啁啾镜、第四啁啾镜用于补偿脉冲的色散。

最优选地，所述空芯光纤选自以下一种：Kagome空芯光纤、Anti-resonant空芯光纤、空芯毛细管。

根据本发明第一方面的装置，其中，所述空芯光纤内充有气体；

优选地，所述充入的气体选自以下一种或多种：稀有气体和多原子分子气体；所述稀有气体优选为以下一种或多种：氦气、氖气、氩气、氪气、氙气，和/或所述多原子分子气体优选为以下一种或多种氮气、氧气、二氧化氮；

更优选地，所述空芯光纤内充气气体的气压范围为0～50bar。

本发明的第二方面提供了一种超快激光系统，所述超快激光系统包括第一方面所述的少周期量级高能飞秒脉冲产生装置。

本发明的技术方案是：

一种少周期量级高能飞秒脉冲的产生装置，包括飞秒激光器前端、预啁啾管理单元、非线性光纤放大单元、色散补偿单元和非线性脉冲压缩单元；其中所述飞秒激光前端的输出端与预啁啾管理单元的输入端相连；所述预啁啾管理单元的输出端与非线性光纤放大单元的输入端相连；所述非线性光纤放大单元的输出端与色散补偿单元的输入端相连；所述色散补偿单元的输出端与非线性脉冲压缩单元的输入端相连；

所述飞秒激光前端发射一束超短脉冲序列A；所述预啁啾管理单元由色散调控器件组成，用于调整超短脉冲序列A中脉冲的啁啾量，产生预啁啾脉冲B；所述非线性光纤放大单元用于放大预啁啾脉冲B的功率并展宽脉冲对应的光谱，输出放大脉冲C；所述色散补偿单元用于补偿放大脉冲C中的色散，产生压缩脉冲D；所述非线性脉冲压缩单元用于对压缩脉冲D进行充分地光谱展宽和脉冲压缩以产生比色散补偿单元输出端脉冲宽度更窄的少周期量级高能飞秒脉冲E；

进一步，所述的飞秒激光前端既可以是光纤激光器也可以是固态激光器，输出波长既可以在1μm附近，也可以在其他波段。

进一步，所述飞秒激光前端由掺镱光纤激光器构成，输出中心波长在1.03μm附近。

进一步，所述预啁啾管理单元中的色散调控器件既可以由光栅对组成也可以由棱镜对组成或者由一对尖劈组成。

进一步，所述的预啁啾管理单元由反射镜和光栅对组成，包括第一平面反射镜、第一透射光栅、第二透射光栅和角向反射镜；所述第一透射光栅和第二透射光栅平行放置，且第二透射光栅安装于精密可调位移平台上，用于调整光栅对之间的距离以改变入射脉冲的啁啾量。

进一步，所述的非线性光纤放大单元(3)由第二平面反射镜、第一平凸透镜、增益光纤、第二平凸透镜、第一双色镜、第二双色镜、第三平凸透镜、泵浦激光二极管依序排列组成；所述第二平面反射镜和第一平凸透镜用于将预啁啾脉冲B高效耦合进入增益光纤的纤芯之中；所述第三平凸透镜、第二双色镜、第一双色镜、第二平凸透镜用于将泵浦激光二极管输出的泵浦光耦合进入增益光纤的的包层之中为预啁啾脉冲B提供增益；所述第二双色镜还用于将增益光纤输出的放大脉冲C与泵浦激光在空间上分离。

进一步，所述的非线性光纤放大单元还包括放置在第二平面反射镜和第一平凸透镜之间的第一半波片和脉冲分离器件以及放置在第一双色镜之后的第二半波片、脉冲合成器件和第三半波片；所述第一半波片和脉冲分离器件用于将预啁啾脉冲B在时间上分离；所述第二半波片和脉冲合成器件用于将增益光纤输出的脉冲在时间上合成以提高脉冲能量；所述第三半波片用于调整放大脉冲C的偏振状态。

进一步，所述脉冲分离器件和所述脉冲合成器件可以由偏振分束棱镜配合延迟线构成也可由双折射晶体构成；

进一步，所述脉冲分离器件和所述脉冲合成器件均由双折射晶体构成；且选自以下一种或多种：方解石，钒酸钇或硼酸钡；所述脉冲分离器件的厚度根据双折射晶体不同轴向上的折射率差异决定，进一步，所述脉冲分离器件和脉冲合成器件均选择为钒酸钇双折射晶体，双折射晶体厚度范围为4～10mm；

进一步，所述色散补偿单元中的色散补偿器件可以是光栅对，可以是棱镜对，可以是啁啾镜也可以是GTI镜。

进一步，所述色散补偿单元由第一啁啾镜、第二啁啾镜、第三平面反射镜组成；所述第一啁啾镜、第二啁啾镜用于补偿放大脉冲C中的色散以产生压缩脉冲D。

进一步，所述基于光谱展宽的非线性脉冲压缩单元可以利用空芯光纤技术、多通气池技术和固体薄片技术；

进一步，所述的非线性脉冲压缩单元基于空芯光纤技术，器件包括第四平面反射镜、第四平凸透镜、空芯光纤、第五平凸透镜；所述第四平面反射镜和第四平凸透镜用于将压缩脉冲D高效耦合进入空芯光纤芯层，利用非线性效应对压缩脉冲D对应的光谱充分展宽。

进一步，所述的非线性脉冲压缩单元在第五平凸透镜后还设置有第三啁啾镜、第四啁啾镜用于补偿脉冲的色散。

进一步，所述空芯光纤选自以下一种：Kagome型空芯光纤、Anti-resonant型空芯光纤、空芯毛细管；空芯光纤是纤芯区域为空的导波光纤，只有一少部分光在包层的固体材料中传播，Kagome型空芯光纤包层横截面形状为Kagome晶格结构；Anti-resonant型空芯光纤也叫反共振空芯光纤，其包层横截面形状为圆周排列的单个或多个圆圈；空芯毛细管包层无精细结构，为管装结构。

进一步，所述的非线性脉冲压缩单元在第五平凸透镜后还设置有第三啁啾镜和第四啁啾镜用于补偿空芯光纤中输出脉冲的色散，产生比色散补偿单元输出的压缩脉冲D宽度更窄的少周期量级高能飞秒脉冲E。

进一步，所述的非线性脉冲压缩单元中充气的空芯光子晶体光纤内充气气压可以调节，所充气体种类也可调整，以满足最优化的光谱展宽过程。

和现有的技术相比，本发明少周期量级高能飞秒脉冲产生装置可以具有但不限于以下有益效果：

1.结构简单，巧妙结合了预啁啾放大技术与非线性脉冲压缩技术的优势，利用一级充气空芯光纤的非线性脉冲压缩级就可以获得亚10fs的高能超短脉冲。

2.产生效率高，预啁啾放大技术中利用啁啾镜作为色散补偿单元，脉冲压缩效率高达98％；此外，利用一级空芯光纤非线性压缩级很大程度上减小了空芯光纤的透过损耗，整个系统的脉冲产生效率大幅提高。

3.扩展性强，非线性放大单元可灵活配置脉冲分解与合成器件，提高系统的输出脉冲能量。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：

图1示出了本发明本发明少周期量级高能飞秒脉冲产生的总体流程图。

图2示出了实施例1少周期量级高能飞秒脉冲的产生装置结构示意图。

图3示出了图2中预啁管理单元局部放大示意图。

图4示出了实施例2中基于偏振分束元件的延迟线。

图5示出了实施例3中非线性脉冲压缩单元被替换的结构。

图6示出了实施例4中非线性脉冲压缩单元被替换的结构。

附图标记说明：

1、飞秒激光器前端；2、预啁啾管理单元；3、非线性光纤放大单元；4、色散补偿单元；5、非线性脉冲压缩单元；6、第一平面反射镜；7、第一透射光栅；8、第二透射光栅；9、角向反射镜；10、第二平面反射镜；11、第一半波片；12、脉冲分离器件；13、第一平凸透镜；14、增益光纤；15、第二平凸透镜；16、第一双色镜；17、第二半波片；18、脉冲合成器件；19、第三半波片；20、第二双色镜；21、第三平凸透镜；22、泵浦激光二极管，23、第一啁啾镜；24、第二啁啾镜；25、第三平面反射镜；26、第四平面反射镜；27、第四平凸透镜；28、充气的空芯光纤；29、第五平凸透镜；30、第三啁啾镜；31、第四啁啾镜；32、偏振分束棱镜；33、第一1/4波片；34、平面反射镜；35、第二1/4波片；36、平面反射镜；37、第五平面反射镜；38、第一凹面反射镜；39、第二凹面反射镜；40、第六平面反射镜；41、第一融石英薄片；42、第二融石英薄片；43、第三融石英薄片；44、第四融石英薄片。

A.飞秒激光器前端(1)发射的超短脉冲序列；B、预啁啾管理单元(2)输出的预啁啾脉冲；C、非线性光纤放大单元(3)输出的放大脉冲；D、色散补偿单元(4)输出的压缩脉冲；E、非线性脉冲压缩单元(5)输出的少周期量级高能飞秒脉冲。

具体实施方式

下面通过具体的实施例进一步说明本发明，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细具体地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。

本部分对本发明试验中所使用到的材料以及试验方法进行一般性的描述。虽然为实现本发明目的所使用的许多材料和操作方法是本领域公知的，但是本发明仍然在此作尽可能详细描述。本领域技术人员清楚，在上下文中，如果未特别说明，本发明所用材料和操作方法是本领域公知的。

实施例1

本实施例用于说明本发明少周期量级高能飞秒脉冲产生装置的结构。

图1为本发明产生少周期量级高能飞秒脉冲产生过程的总体流程图。它包括：飞秒激光器前端(1)、预啁啾管理单元(2)、非线性光纤放大单元(3)、色散补偿单元(4)和非线性脉冲压缩单元(5)，利用以上五部分即可组成少周期量级高能飞秒脉冲的产生装置。

图2为一种少周期量级高能飞秒脉冲的产生装置结构示意图。飞秒激光器前端1采用光纤耦合线偏振输出的掺镱光纤激光器，输出的超短脉冲序列A对应的参数为：中心波长1.03μm、脉冲宽度500fs、重复频率20MHz。超短脉冲序列A紧贴第一反射镜6上边沿并无阻挡的以里特罗角a射向第一透射光栅7和第二透射光栅8组成的光栅对，第一光栅7和第二透射光栅8平行放置，且第二透射光栅8安装在精密可调位移平台上，可灵活控制光栅对间距，脉冲序列经过角向反射镜9折返并降低一定高度后再次透过光栅对，最终在第一平面反射镜6上以45度角度反射输出预啁啾脉冲B，如图3所示；

预啁啾脉冲B先经过第二平面反射镜10反射，然后依次通过第一半波片11和脉冲分离器件12将脉冲在时间上一分为二地分离，再通过第一平凸透镜13耦合进入增益光纤14的纤芯之中。泵浦激光二极管22输出的泵浦光通过第三平凸透镜21、第二双色镜20、第一双色镜16、第二平凸透镜15耦合进入增益光纤14的包层中提供增益。第一双色镜16用于将放大后的脉冲与泵浦光在空间上分离，第二半波片17调整输入线偏脉冲的角度(比如从水平旋转到竖直)用于将偏振调整后的脉冲在脉冲合成器件18后时间上重新合成以产生能量翻倍的放大脉冲C,第三半波片用于调整放大脉冲C的偏振状态。增益光纤14为棒状光子晶体光纤，纤芯直径85μm,长度80cm,脉冲分离器件12和脉冲合成器件18均为一定厚度的双折射晶体，且脉冲分离器件和脉冲合成器件为材料及参数相同的器件。双折射晶体可以为方解石，钒酸钇或硼酸钡，厚度根据双折射晶体不同轴向上的折射率差异决定，利用双折射晶体对不同偏振方向脉冲光的折射率差异特性将入射脉冲在时间上完全分离。

在一个优选实施方案中，脉冲分离器件12选择为厚度4mm的钒酸钇双折射晶体，脉冲合成器件18选择为厚度4mm的钒酸钇双折射晶体。

所述脉冲分离器件12和脉冲合成器件18还可以由偏振分束棱镜加延迟线构成，具体如实施例2所示。

放大脉冲C经过第一啁啾镜23和第二啁啾镜24，在两块啁啾镜间多次反射进行色散补偿以产生压缩脉冲D，然后经过第三平面反射镜25反射后输入非线性脉冲压缩单元5。

压缩脉冲D先经过第四平面反射镜26反射，再经过第四平凸透镜27耦合进入充气的空芯光纤28的芯层，利用非线性效应对压缩脉冲D对应的光谱充分展宽，第五平凸透镜29将充气的空芯光纤输出的脉冲准直后输入第三啁啾镜30和第四啁啾镜31之间多次反射补偿色散以输出少周期量级高能飞秒脉冲E,输出脉宽范围为5～20fs,脉冲产生效率约80％。充气的空芯光纤内充气气压可以调节，调节范围为0～50bar，所充气体种类也可调整，可选气体种类包括稀有气体和多原子分子气体；稀有气体如氦气、氖气、氩气和氪气等，以满足最优化的光谱展宽过程。

在一个优选实施方案中，空芯光纤选择为Kagome空芯光子晶体光纤，空芯光子晶体光纤内所充气体为氖气，充气气压为10bar，利用上述充气的空芯光子晶体光纤对脉冲进行光谱展宽并补偿色散后即可获得脉宽小于10fs的微焦级超短脉冲，产生效率约80％。

本实施例结合预啁啾放大技术直接产生亚百飞秒脉冲的特点和非线性脉冲压缩技术，使用一级充气空芯光子晶体光纤压缩即可实现少周期量级飞秒脉冲输出。此外，本方法可以兼容分脉冲放大技术，利用紧凑的装置结构实现高效率的少周期量级高能飞秒脉冲产生。

实施例2

本实施例用于说明本发明少周期量级高能飞秒脉冲产生装置的结构。

本实施例与实施例1不同之处仅在于非线性光纤放大单元3中脉冲分离器件12和脉冲合成器件18的构成方式有所差异。将实施例1中的脉冲分离器件12和脉冲合成器件18替换成如图4所示的基于偏振分束元件的延迟线即可。以脉冲分解功能为例，一个线偏脉冲以与纸面夹角45度沿虚线箭头方向入射图4结构中，经过偏振分束棱镜32后被分解成一个水平偏振的脉冲和另一个竖直偏振的脉冲。水平偏振脉冲直接透过偏振分束棱镜32，竖直偏振脉冲在偏振分束棱镜32中反射后，先经过第一1/4波片33再由反射镜34反射后再次经过第一1/4波片33。两次经过1/4波片33后，竖直偏振脉冲变成了水平偏振脉冲直接透过偏振分束棱镜32。按照同样的过程，水平偏振脉冲先通过第二1/4波片35，再由反射镜反射后二次通过第二1/4波片35，偏振角度转变90度变为竖直偏振脉冲，然后在偏振分束棱镜中反射后与入射光束重合。经过这一结构一个线偏脉冲即可产生同向传播的前后两个不同偏振态的脉冲，实现脉冲分解功能。逆向使用此结构代替脉冲合成器件18就可以实现脉冲合成功能。

实施例3

本实施例用于说明本发明少周期量级高能飞秒脉冲产生装置的结构。

本实施例与实施例1不同之处仅在于非线性脉冲压缩单元5中的第四平面反射镜26、第四平凸透镜27、空芯光纤28和第五平凸透镜29被替换成如图5的结构。

色散补偿单元(4)输出的压缩脉冲D经第五平面反射镜37反射后进入由两个曲率半径相同的凹面反射镜38和39组成的腔体中。腔体中充入一定气压的惰性气体，脉冲D在腔内多次反射以实现光谱的充分展宽，多次通过腔体的脉冲最后由第六平面反射镜40反射输出腔外。输出腔外的脉冲同样可以由实施例1中第三啁啾镜30和第四啁啾镜31补偿色散压缩输出少周期量级高能飞秒脉冲E。

在一个优选实施方案中，所述凹面反射镜38和39的直径均为50mm，曲率半径均为300mm，所述腔体内所充气体为氪气，充气气压为1bar，腔内往返次数10次。

实施例4

本实施例用于说明本发明少周期量级高能飞秒脉冲产生装置的结构。

本实施例与实施例1不同之处仅在于非线性脉冲压缩单元5中的空芯光纤28被替换成如图6的结构。

色散补偿单元(4)输出的压缩脉冲D经过第四平凸透镜27聚焦后通过图6所示的结构。图6所示的结构包括四块对称放置厚度相同的融石英薄片，融石英薄片以布儒斯特角摆放可以较少反射损耗和光束的轴向偏移。脉冲D多次通过融石英薄片以实现光谱的充分展宽，多次通过融石英薄片后的脉冲同样可以由实施例1中第三啁啾镜30和第四啁啾镜31补偿色散压缩输出少周期量级高能飞秒脉冲E。

在一个优选实施方案中，所述融石英薄片的厚度为0.5mm，摆放倾角为布儒斯特角56度。

尽管本发明已进行了一定程度的描述，明显地，在不脱离本发明的精神和范围的条件下，可进行各个条件的适当变化。可以理解，本发明不限于所述实施方案，而归于权利要求的范围，其包括所述每个因素的等同替换。

Claims (10)

1.一种少周期量级高能飞秒脉冲产生装置，其特征在于，所述装置包括：飞秒激光器前端、预啁啾管理单元、非线性光纤放大单元、色散补偿单元和非线性脉冲压缩单元；

其中：

所述飞秒激光前端的输出端与所述预啁啾管理单元的输入端相连，所述飞秒激光前端用于发射一束超短脉冲序列；

所述预啁啾管理单元的输出端与所述非线性光纤放大单元的输入端相连，所述预啁啾管理单元由色散调控器件组成，用于调整输入脉冲的啁啾量；

所述非线性光纤放大单元的输出端与所述色散补偿单元的输入端相连；所述非线性光纤放大单元用于对预啁啾管理单元输出的脉冲进行功率放大，利用非线性效应展宽脉冲对应的光谱；

所述色散补偿单元的输出端与所述非线性脉冲压缩单元的输入端相连；所述色散补偿单元用于对非线性光纤放大单元输出的脉冲进行色散补偿；和

所述非线性脉冲压缩单元用于对从所述色散补偿单元的输出端输出的脉冲进行光谱展宽和色散补偿以压缩脉冲，产生比所述色散补偿单元输出端脉宽更窄的高能超短飞秒脉冲。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的飞秒激光前端为光纤激光器或固态激光器，优选为掺镱光纤激光器；

更优选地，所述飞秒激光前端发射的超短脉冲序列中心波长范围为1～2μm，优选为1μm～1.06μm，最优选为1.03μm。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述预啁啾管理单元中的色散调控器件为光栅对、棱镜对或一对尖劈；优选为光栅对。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述的预啁啾管理单元由反射镜和光栅对组成；

优选地，所述预啁啾管理单元包括第一平面反射镜、第一透射光栅、第二透射光栅和角向反射镜。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述的非线性光纤放大单元包括依序排列的第二平面反射镜、第一平凸透镜、增益光纤、第二平凸透镜、第一双色镜、第二双色镜、第三平凸透镜和泵浦激光二极管；

优选地，所述非线性光纤放大单元还包括放置在第二平面反射镜和第一平凸透镜之间的第一半波片和脉冲分离器件，以及放置在第一双色镜之后的第二半波片、脉冲合成器件和第三半波片。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述脉冲分离器件和所述脉冲合成器件为由偏振分束棱镜加延迟线构成的器件或双折射晶体；

优选地，所述脉冲分离器件和所述脉冲合成器件均由材料及参数相同的双折射晶体构成；

更优选地，所述双折射晶体优选自以下一种或多种：方解石、钒酸钇、硼酸钡；

进一步优选地，所述脉冲分离器件为钒酸钇双折射晶体，所述脉冲分离器件的厚度优选为4～10mm；和/或所述脉冲合成器件为钒酸钇双折射晶体，所述脉冲合成器件的厚度优选为4～10mm。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述色散补偿单元中的色散补偿器件为光栅对、棱镜对、啁啾镜或GTI镜；

优选地，所述色散补偿器件包括第一啁啾镜、第二啁啾镜和第三平面反射镜。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述的非线性脉冲压缩单元进行光谱展宽实现非线性脉冲压缩的技术选自以下一种或多种：实心光纤技术、空芯光纤技术、多通气池技术、固体薄片技术；

优选地，所述的非线性脉冲压缩单元基于空芯光纤技术，所述非线性脉冲压缩单元器件包括第四平面反射镜、第四平凸透镜、空芯光纤、第五平凸透镜；

更优选地，所述的非线性脉冲压缩单元在第五平凸透镜后还设置有第三啁啾镜、第四啁啾镜用于补偿脉冲的色散；

最优选地，所述空芯光纤选自以下一种：Kagome空芯光纤、Anti-resonant空芯光纤、空芯毛细管。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述空芯光纤内充有气体；

优选地，所述充入的气体选自以下一种或多种：稀有气体和多原子分子气体；所述稀有气体优选为以下一种或多种：氦气、氖气、氩气、氪气、氙气，和/或所述多原子分子气体优选为以下一种或多种：氮气、氧气、二氧化氮；

更优选地，所述空芯光纤内充气气体的气压范围为0～50bar。

10.一种超快激光系统，其特征在于，所述超快激光系统包括如权利要求1至9中任一项所述的少周期量级高能飞秒脉冲产生装置。

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