综述：微纳结构GaN基光子学技术的最新进展

本文报道了一种突破性非线性光纤放大器，通过采用宽带种子脉冲（74 nm带宽/52.5 nJ能量）和背向泵浦掺镱光子晶体光纤（40/200 μm），实现了3 μJ脉冲能量和76 fs脉宽输出，创下非线性光纤放大器领域能量新纪录。该系统创新性地结合增益管理非线性（GMN）放大与自相位调制（SPM）效应，在保持光束质量（M2<1.12）和偏振消光比（～17 dB）的同时，为μJ级超短脉冲激光在微加工和多光子成像等领域的应用提供了新方案。

　　

Abstract
非线性光纤放大技术已成为扩展光谱覆盖和实现亚100 fs脉宽激光的关键路径。传统方法受限于窄谱低能（nJ级）种子激光，即使增益超过30 dB也难以突破能量瓶颈。本研究通过宽带种子脉冲（74 nm/52.5 nJ）与背向泵浦掺镱光子晶体光纤（40/200 μm）的协同作用，将输出能量提升至3 μJ（20 dB带宽83 nm），经光栅压缩后获得76 fs/2.7 μJ的超短脉冲，创造了该领域能量新纪录。

Introduction
高功率超快光纤激光在微加工和生物医学成像等领域具有重要应用价值。尽管啁啾脉冲放大（CPA）技术能缓解非线性效应，但其输出脉宽通常>200 fs。本研究提出的增益管理非线性（GMN）放大方案，通过非线性吸引子实现超越光纤增益带宽的光谱展宽，解决了传统PCM放大器对种子参数敏感的缺陷。

Experimental setup
系统采用50 MHz锁模光纤激光器作为种子源，经声光调制降频至10 MHz后，通过带通滤波和两级预放大获得74 nm宽带种子。主放大器采用背向泵浦设计，核心创新在于利用输出端高激发态下的自相位调制（SPM）效应，实现光谱向短波方向不对称展宽。

Results and discussion
测试数据显示，预放大阶段脉冲能量从1.5 nJ提升至52.5 nJ时，光谱3 dB带宽达74 nm。主放大后单脉冲能量突破3 μJ（平均功率30 W），对应17.6 dB增益。压缩后光束质量M²<1.12，偏振消光比～17 dB，性能稳定。数值模拟揭示了SPM与增益光纤末端高激发态的协同作用是实现不对称展宽的关键机制。

Conclusion
该工作通过GMN预放大与背向泵浦架构的创新结合，首次在亚100 fs脉宽下实现3 μJ级输出。系统采用单片集成设计，相比传统方案更具工程实用价值，为开发更高能量超短脉冲激光器开辟了新途径。