对发生在飞秒和阿秒时间尺度上的超快物理过程的研究，需要能够提供具有高峰值功率和精确可控电场的超短脉冲的激光源。对于需要精确控制生成光场的应用，载波包络相位（CEP）需要保持稳定。目前已经有多种技术可以压缩毫焦耳能量的少周期脉冲，如利用充气空芯光纤（HCF）和多通腔（MPC）等，但这些系统通常缺乏同时的 CEP 稳定性和灵活的重复率可调性。为了满足各种重复频率的需求，本文制作了一套重复频率可调的CEP稳定高重复频率激光系统，且保持了优异的光束质量[1]。

　　图1展示了装置的整体光路图。装置的前端是Pharos-PH2-20W-SP激光器，提供CEP稳定的300fs、1030nm脉冲，平均功率为20W，重复频率可调，最高为1 MHz。在激光器后使用了两个f-2f干涉仪构成CEP稳定反馈回路。第一个f-2f干涉仪直接稳定振荡器的载波包络偏移频率；第二个f-2f干涉仪测量输出的相对CEP并向振荡器提供反馈，用于稳定长期CEP漂移。装置使用了两级MPC进行压缩。第一级使用了腔长2 m的多通腔，反射镜曲率半径为1 m，在0.6 bar的氪气中通过10次焦点。光谱展宽后，脉冲由啁啾镜压缩，共补偿了-2800 fs2的群延迟色散（GDD）。第一级MCP将300fs的脉冲压缩至30 fs，脉冲能量由1.8 mJ下降为1.4 mJ。第二级MPC的腔长和反射镜与第一级相同，在0.15 bar的氩气中通过11次焦点。压缩器同样使用啁啾镜，提供-248 fs2的GDD和-247 fs3的三阶色散。第二级MPC将脉冲进一步压缩至5.7 fs，脉冲能量由1.4 mJ下降至1.1 mJ。接下来装置将输出光能量的10%导出，用于Stereo-ATI采样，为补偿导出光路的色散还使用啁啾镜提供了-134 fs2的GDD。剩余的输出光进入光束传输系统中，可用于为HR1激光系统提供对准光或是直接作为实验的主激光，用于高次谐波产生实验。输出光斑接近衍射极限，M2在x轴和y轴的值分别为1.00和1.16，输出光束的椭圆率保持在0.94到1.00之间，散光度为焦距的0.04%。图2是使用d-scan设备测量输出脉冲的时间形状的结果。变换极限脉冲持续时间为5.7 fs，主峰脉冲包含脉冲能量的86.3%。图3 (d)还展示了不同重复频率下测得的脉冲持续时间，可以看到激光脉冲与重复频率无关，持续时间均为5.70.1 fs。

　　图2(a)测量和(b)恢复的输出波形的d-scan轨迹；(c)测量（灰色）和恢复（紫色）的光谱；(d)在不同重复频率下重建的输出脉冲的时域形状[1]

　　图3展示了输出脉冲的三阶自相关曲线 ps。预脉冲侧的相对强度在-2 ps时就降到了10-6以下，总体而言ASE对比度可以达到10-10级别。不过还存在一些10-5量级的预脉冲，有待进一步研究。

　　图3(a)输出脉冲的三阶自相关曲线展示了激光脉冲的频谱演化过程。第一级MPC将频谱宽度从10.2 nm展宽至82.5 nm，第二级MPC进一步将频谱宽度展宽至408.1 nm，总计展宽了40倍以上。

　　图4脉冲从前端(a)到经过第一级MPC(b)再到后端(c)的频谱演化[1]

　　图5还展示了极紫外光照射下氩的单电离过程产生的光电子和光离子粒子计数率随时间的变化，在长达8小时的实验中保持稳定。此外，还测得输出脉冲能量稳定性的均方根（RMS）波动在1小时内小于0.04%。

　　综上所述，本文制作了一种结构紧凑、高重复频率、重复频率可调、CEP稳定的激光器，可提供脉宽小于6 fs、能量大于1 mJ的脉冲，用于驱动高次谐波产生和阿秒光谱学。该系统在能量稳定性、光束质量、时间对比度方面表现出色，系统的各项参数都被推至极限。