（1） 高功率的皮秒激光在科学研究和工业生产中有着重要的应用，尤其是在脆 性材料的加工领域，紫外皮秒激光具有独 特的优势。高功率相干中红外激光（2 ～ 20 μm）光源具有光谱范围宽、相干性好等特点，尤其该波段覆盖了众多生物 分子的指纹区，在电磁频谱的分子光谱学中至关重要，在工业制造、精密测量、科学研究、军事国防等领域有着广泛的 应用，受到各国的高度重视。 

1）前期研究基础及成果 

a) 紫外 355nm 皮秒激光器 

高功率的皮秒激光在科学研究和工业生产中有着重要的应用，尤其是在脆 性材料的加工领域，紫外皮秒激光具有独 特的优势。基于研制的平均功率 300 W、重复频率 100-4000kHz、脉冲宽度 8 ps 的 Nd:YVO4 激光器，采用非布儒斯 特切角晶体三倍频技术，开展了 LBO 晶体高效率三倍频的研究。通过优化相位 匹配和晶体内激光的走离，得到了最大 平均功率 105W 的 355 nm 三倍频激光， 相应的光光转换效率为 36%，该功率目前在国内已知报道中为最高水平，处 于国际领先水平。

b) 级联孤子 PPLN 晶体中红外激光器 

在传统的光参量放大的过程中，三色光的载波包络相位（carrier envelope phase, CEP）必须保持一致。由于非 线性晶体色散特性，导致光线在晶体中传 播的包络速度（群速度）与载波速度（相速度）不同，包络和载波在时间上 会 逐渐错开，特别是泵浦光与信号光的 CEP 不能保持一致，将极大影响中红外光 的产生效率。为了使泵浦光与信号光 的 CEP 一致，我们利用单色泵浦 PPLN 晶体产生级联孤子 , 级联孤子通过脉冲内差频作用产生中红外激光，通过调节 PPLN 晶体的周期性参数可以产生 4 ～ 5.5μm 可调谐的中红外激光，为中红外激光开辟了新的研究领域。 [(Physical Review Letters 14, 118 (2017)。 

c) 集成光子学中红外超连续谱产生 

以光子作为信息载体来实现超高速超宽带信息处理芯片，是信息学发展的 重要目标。目前国际上在该领域的实验 研究中存在的难题是，难以在集成光子 回路中实现超低能耗、超快响应、多波长操作的全光交换。这就严重限制了片 上全光交换在超高速超宽带信息处理芯片和集成光子回路中的应用。我们通过 调控纳米结构的 Si3N4 波导结构，首次 在 1550nm 波段泵浦实现了宽带的中红外超 连续谱。此研究成果得到国内外多个研究组的引用和正面评述，Hairun Guo 博士在 Nature Photonics 12.6 (2018): 330-335. 中认为我们首次实现了基于 Si3N4 波导结构的中红外超连续 谱，为 Si3N4 波导的研究打开了一道大门。Gaeta, Alexander 博士在 Nature photonics,13.3 (2019): 158-169. 认为 我们为集成 芯片的中红外光梳的产生提供了一种可靠的方案 ; 瑞士洛桑理工的 Tobias J. Kippenberg 教授在 Nature communications 10.1 (2019): 1-8 对我们的研究 做了引用报道，并且利用 Si3N4 波导实现了中红外超连续谱光梳。

2）研究计划及预期成果 

  高功率的皮秒激光在科学研究和工业生产中有着重要的应用，尤其是 266nm 的深紫外激光在加工中具有独特优 势，研制高功率、高光束质量的 266nm 激光尤其重要，本项目计划研制样机：紫外 266nm 皮秒激光器，平均功率大 于 10W，激光寿命大于 5000h。