我们上面已经详细介绍了常见以达到傅里叶极限脉宽为目的的飞秒脉冲压缩方法，对于另外一些已经接近于与傅里叶极限的激光系统来说，为了在超快激光器中实现更短的脉冲压缩，必须考虑非线性光学（NLO）技术。接下来让我们深入了解空芯光纤脉冲压缩器和多通腔脉冲压缩器的工作原理、优缺点以及其应用选择基础：

1，空芯光纤脉冲压缩器

图6. SAVANNA 是一种空心光纤压缩器，可在光谱展宽后极大缩短激光脉宽
 

工作原理：

空芯光纤脉冲压缩器基于自相位调制和光谱展宽的原理工作。当激光脉冲耦合到特殊设计的空芯光纤中，发生自相位调制。这种调制导致光谱的展宽，再经过色散补偿后，展宽的光谱重新组合形成压缩脉冲。除了脉冲宽度压缩，此设备也可用于光纤输出超连续谱的研究。
 

图7.飞秒激光脉冲传输进中空的光纤，中空结构内充满可调压的惰性气体，利用飞秒脉冲和惰性气体产生的非线性效应将激光的谱展宽成为超连续白光。激光从光纤输出后，使用超带宽的色散补偿反射镜将激光脉冲宽度压缩到比入射至光纤前更短的时间宽度。此设备结合色散补偿反射镜可高效地产生少周期级的飞秒脉冲激光。

图8.超宽带光纤输出光谱,可用于400nm-1200 nm的近红外光谱实验 

优点：

- 高峰值功率：空芯光纤压缩器能够处理高能量脉冲而无需显著的非线性效应，从而实现高峰值功率的脉冲压缩。

- 脉冲质量的保持：该压缩器中采用的低非线性效应和色散补偿技术有助于保持脉冲质量，维持高信噪比。

- 宽光谱带宽：通过自相位调制实现的光谱展宽能够生成具有宽带宽的脉冲，对色散敏感性比较低，满足需要宽光谱应用的研究。

- 支持少周期量级脉冲：由于压缩过程仅通过一次，对入射光色散的要求比较低，支持单周期或少周期的脉冲。

缺点：

- 能量传输效率低：由于空芯光纤的损耗，该压缩器输出的能量转换效率可能受限。

- 占地面积较大：与其他压缩技术相比，空心光纤压缩器可能需要较大的物理空间。

- 指向敏感性高：光学指向的偏差可能会降低压缩器的压缩效率和性能。

- 复杂性：多次传输腔压缩器设置可能较为复杂，需要精确的对准和同步多个光学元件。

应用选择基础：

空芯光纤脉冲压缩器非常适用于需要宽光谱带宽以及尤其是周期量级脉宽的相关应用。它在高强度激光物理、阿秒科学和强场物理实验等领域中有广泛应用

2，M炉体怕啥是cell 脉宽压缩器（MPC)
 

工作原理：

多通腔脉冲压缩器通过多通反射将激光脉冲传输到色散介质中来实现压缩。脉冲在腔内多次往返传输，由于光学元件的色散导致光谱展宽。经过所需的往返次数后，脉冲最终被引导到压缩器中进行重新组合和脉冲压缩。
 

HYPERION 是一款全自主国产的Multipass cell脉宽压缩器，可以通过非线性光谱展宽的方式将输入激光脉冲的脉宽进一步缩短。该压缩器是Herriott腔构型，光谱展宽是由于高能量的飞秒脉冲与MPC腔内的惰性气体的相互作用导致的。经过展宽的光谱随后在宽带啁啾镜上被压缩。

由于增加的光谱宽度可以支持比原始输入脉冲更短的持续时间，所以该装置可以提供高倍的脉冲压缩效果。
 

图(a)：碟片激光器（1ps）光谱展宽结果和经过MPC出射后的展宽光谱，实验上光谱范围为990-1070nm；  图(b)：自相关仪测量的压缩后的脉冲形状；即压缩后脉宽40fs；压缩前为1350fs；MPC压缩效率(含啁啾镜)为94%；

优点：

- 压缩能量转换效率：MPC的核心特征之一是光脉冲在腔内多次反射。这意味着MPC中的激光脉冲可以与腔内介质相互作用多次，从而更有效地实现能量转换。

- 高压缩比：多通腔压缩器通过利用多次往返和光谱展宽，可以实现10倍的高压缩比。

- 脉冲持续时间的灵活性：可以通过调整往返次数/介质/墙内气体气压来控制光谱展宽的程度，从而实现脉冲持续时间的灵活性。

- 波段扩展性：该压缩器可以兼容宽范围的脉冲能量和输入脉宽，适用于各种激光系统，而且MPC通常可以适应更广泛的波长范围。通过调整系统各光学元件的配置和腔的参数，可以在不同波长下实现脉宽压缩。

- 紧凑型设置：使用MPC可实现紧凑且稳健的结构，适合集成到各类激光系统中。

缺点：

- 不易兼容超宽带脉冲：超宽带脉冲通常包含广泛的频谱，这意味着脉冲的不同频率分量将在MPC中经历多次传播和反射。这对于系统的极限色散控制会有一些挑战。难以支持那些需要周期量级脉冲的输出的用途。

应用选择基础：

多通腔脉冲压缩器通常用于需要高压缩比和脉冲持续时间灵活性的激光系统。它在超快速光谱学、非线性光学和基于激光的材料加工等领域中有应用，这些领域对脉冲持续时间的精确控制至关重要。

在选择这两种技术时，关键因素包括所需的压缩比、峰值功率要求、光谱带宽需求、脉冲能量水平以及具体应用的限制。每种技术都有其优势和局限性，选择取决于具体要求和应用的权衡。

这两种技术在激光脉冲压缩上各有千秋。其中，空芯光纤脉冲压缩器的优点是可处理高能量脉冲、保持脉冲质量、拥有宽带光谱带宽和紧凑型设置，非常适用于需要高峰值功率和宽光谱带宽的应用。然而，它的缺点是压缩比有限，且脉冲能量有限。空芯光纤脉冲压缩器非常适用于需要高峰值功率和宽光谱带宽的应用。

另一方面，Multipass cell脉宽压缩器（MPC）的优点是可通过非线性光谱展宽将脉冲持续时间进一步缩短，提供高倍的脉冲压缩效果。该压缩器可以处理广泛范围的脉冲能量和持续时间，适用于各种激光系统。但是，它的缺点是设置复杂，需要精确的对准和多个光学元件的同步，对齐敏感性较强。

无论选择哪种技术，关键因素在于所需的压缩比、峰值功率要求、光谱带宽需求、脉冲能量水平以及具体应用的限制。每种技术都有其优势和局限性，选择取决于具体要求和应用的权衡。

HCF&MPC技术的相关文献：

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