上世纪90年代初随着克尔透镜锁模（KLM）钛宝石激光器的发明，飞秒激光技术得到了迅速发展，并被广泛应用于强场物理、超快现象、微纳加工、生物医学、宽带通信等领域。目前KLM钛宝石激光振荡器作为最成熟的飞秒激光光源，可以直接产生接近单个光学周期（~2.7 fs）的极短脉冲，但由于其中心波长在近红外区域，调谐范围有限，因此限制了在更宽波段范围内可开展的超快光谱研究应用。相比之下，同步泵浦飞秒光学参量振荡器（OPO）由于能够提宽调谐的飞秒激光脉冲，因此倍受人们的青睐，从KLM钛宝石激光出现迄今20多年的时间里，一直是超快激光研究的热点内容之一。但是，与钛宝石激光相比，飞秒OPO由于受限于泵浦激光的功率及所用非线性晶体的破坏阈值，输出功率往往很低，如常规采用准相位匹配晶体（如PPLN、PPKTP、PPSLT）的飞秒OPO的输出功率一般仅100 mW左右，大大制约了可开展的实际应用，并且由于准相位匹配晶体较厚的厚度，不仅使得脉冲经历较大的色散，而且导致信号光与泵浦光之间存在非常大的群速度失配（GVM）。近年来随着高功率全固态飞秒激光的出现与发展，采用具有高破坏阈值的KTP、BBO、LBO等晶体作为参量增益晶体，为高功率飞秒OPO的发展提供了可能。此外由于这类块材料晶体可以做的很薄，具有较小的色散及群速失配，因此也可以得到较短的脉冲。但伴随的新问题是参量效率低、振荡阈值高。 

　　针对飞秒OPO的学术意义及广泛应用，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室（筹）魏志义研究员领导的L07组早在多年前就开始了该项工作的研究，并于2007年采用自行设计搭建的飞秒钛宝石激光振荡器作泵浦，实现了飞秒OPO输出。此后随着研究工作的深入，该研究组与西安电子科技大学合作相继又实现了双波长飞秒OPO、腔内倍频飞秒OPO、全固态1 um波段飞秒激光泵浦的OPO及腔内倍频等结果。最近他们采用近年来出现的新型非线性晶体硼酸铋（BIBO）作为参量增益晶体，进一步实现了515 nm绿光泵浦的飞秒OPO输出（图1为实验光路图）。相比BBO晶体，该晶体具有更大的允许角、更宽的角度调谐范围以及更小的空间走离角，在可见光-近红外波段其有效非线性系数为3.2 pm/V，分别是BBO的1.6倍和LBO的4倍,而且不存在两种Ι类相位匹配条件，因此理论上更适合用于高功率绿光泵浦的飞秒OPO。实验中他们采用1 mm长的BIBO晶体，在平均功率3.4 W的飞秒515 nm激光泵浦下，通过角度调谐方式，获得了波长覆盖688-1057 nm范围的信号光及1150-1900 nm范围的闲频光输出（图2）。其中信号光的最高平均功率达1.09 W，并且在整个调谐范围内的功率都大于450 mW，对应的总光光转换效率超过了40%。在此基础上利用SF6棱镜对腔外压缩技术，分别获得了最短脉冲为71 fs和90 fs的信号光和闲频光。与已有利用LBO及BBO晶体的OPO结果相比，证明BIBO作为一种新晶体，用于飞秒OPO不仅可以实现更高的光光转换效率，而且能够产生了波长范围更宽的飞秒激光脉冲。 相关结果发表在新出版的Optics Letters（Vol.41, Issue 21, pp. 4851-4854 (2016) ,DOI: 10.1364/OL.41.004851）上。

　　图1. 采用BIBO晶体的飞秒OPO实验光路图，泵浦源为克尔透镜锁模飞秒Yb:KGW激光器，LBO为倍频晶体

图2. OPO输出的信号光（左）和闲频光（右）的角度调谐光谱及输出功率曲线图 

　　（来源：中科院物理所）