高重復頻率飛秒光纖激光技術進展

摘要：為解決高重頻飛秒光纖激光器基本重復頻率較低，輸出脈沖寬度較寬等問題，對高重復頻率光纖超短脈沖激光器的主要發展方向及面臨的瓶頸展開研究。詳細闡述了SESAM 鎖模、NPR 鎖模、NALM 鎖模等常用高重復頻率飛秒光纖激光器鎖模技術及發展現狀，并討論了當前高重復頻率飛秒光纖激光領域的難點與科技問題。在此基礎上，總結了以下領域的最新研究進展，包括新型高重復頻率鎖模技術的探索、高重復頻率光纖飛秒激光在輸出波長方面的拓展，以及超高穩定性高重復頻率光纖光梳研究。最后，簡述了GHz 飛秒光源在光絲激光雷達、光學頻率梳以及生物探測等領域的典型應用，并對其前景進行展望。

關鍵詞：超快激光；激光諧振腔；光纖激光器；非線性光學；光纖

中圖分類號：O 436 文獻標志碼：A

近年來，得益于高功率半導體激光泵浦系統的出現以及光纖摻雜技術的不斷進步，高重復頻率飛秒激光技術發展迅速[1-2]。相比重復頻率千赫茲以及兆赫茲量級的超短脈沖激光器，重復頻率達到吉赫茲（GHz）以上的高重復頻率激光器可以將能量聚集在飛秒量級時間內，從而實現極高的峰值功率[3]。借此創造出一些極端的物理條件，在許多領域發揮著關鍵作用[4]。

在光絲激光雷達領域，高重復頻率飛秒光纖激光器的優勢在于單位時間內輸出脈沖數量更多，可通過相干脈沖堆積的方式在固定時間窗口內堆積大量脈沖，獲得峰值功率達太瓦量級的飛秒脈沖輸出[5]。太瓦光源可以有效提升雷達的最大作用距離和抗干擾能力[6]。

在工業加工領域，高重復頻率超短脈沖光纖激光器由于低平均功率、高峰值功率的輸出特性[7]，在后續放大過程中非線性效應能夠很好地被色散補償，脈沖質量更好。并且更窄的脈沖寬度可以有效降低加工過程中的熱量堆積，對應加工速度更快，能量損耗更少[8]。在光學頻率梳領域，高重復頻率超短脈沖激光擁有更高的單縱模功率[9]，可以得到更高量子極限噪聲的拍頻信噪比[10]。在天文光學定標、衛星導航等領域可以有效地提升視向測量精度，對光譜儀等儀器抖動帶來的誤差也有良好的校正效果[11-12]。在生物探測領域，高重復頻率激光器較小的縱模間隔對應于高成像分辨率和成像速度，較寬的光譜范圍可以檢測更多的復雜分子。傳統低重復頻率超短脈沖激光器伴隨著嚴重的光漂白和光毒效應[13]，而高重復頻率激光器較低的單脈沖能量可以避免損傷細胞，改善成像質量。

對高基本重復頻率光纖超短脈沖激光而言，提升重復頻率的關鍵在于縮減增益光纖與腔內器件尾纖長度，然而增益光纖長度的縮短會導致腔內功率降低，影響鎖模脈沖形成。在鎖模方式上，半導體可飽和吸收鏡（SESAM）鎖模可以實現高重復頻率[14]，但其“慢飽和”脈沖形成機制使其脈寬難以壓縮至飛秒。非線性偏振旋轉（NPR）鎖模基于光學克爾效應實現類可飽和吸收鎖模，可以產生飛秒脈沖輸出。但為提供足夠的非線性相移，對諧振腔長度有所要求，腔長難以縮短[15]。因此，要得到適用于光學頻率梳、脈沖堆積系統的理想種子源，需要解決高重復頻率下鎖模機制的問題。除此之外，高重復頻率導致的單脈沖能量低以及腔內色散元件少引起的色散補償困難也是產生GHz 飛秒激光所面臨的重大挑戰。

基于上述情況，本文重點介紹高重復頻率光纖激光器的主要研究方向和最新進展。列舉了高重復頻率光纖飛秒激光在重復頻率、脈沖寬度，以及輸出波長方面的最新進展；討論了新型高重復頻率鎖模技術以及超高穩定性高重頻光纖光梳研究。最后羅列了高重頻光纖激光器的應用，并對高重復頻率超快光纖激光器的未來發展進行展望。

1 高重復頻率光纖超短脈沖技術

對光纖激光而言，現階段主要通過鎖模技術實現高重復頻率激光輸出。而受器件損傷閾值與光纖色散特性影響，當前光纖激光器在重復頻率、脈沖寬度等輸出指標上相較于傳統固體激光技術仍有差距，高重復頻率下的鎖模機制與孤子形成過程有待進一步研究。

1.1 光纖孤子理論

光纖激光器中孤子脈沖輸出特性會隨腔內色散與非線性變化發生改變，其演化過程可由單模光纖中非線性薛定諤方程表示[16]：

根據孤子形成時腔內凈色散量的不同，常見的孤子鎖模類型可分為負色散孤子、色散管理孤子、自相似孤子，以及耗散孤子。當光纖激光器實現負色散孤子鎖模時，腔內凈色散量多處于負色散區，脈沖的形成依賴于自相位調制和負色散的平衡[17]。腔內負色散使得脈沖在時域上展寬，而非線性效應使脈沖時域壓縮，兩者協同作用下可以使得脈沖寬度更窄，穩定性更高。而負色散孤子受孤子鎖模中的面積定理的限制，當脈沖能量增大到一定程度時，光纖中的非線性效應也會隨之增大，從而無法實現負色散效應與非線性效應的平衡，導致脈沖分裂為高階孤子[18]。因此，傳統負色散孤子鎖模振蕩器的單脈沖能量上限被認為限制在100 pJ[19] 內。

色散管理型與自相似型孤子鎖模則通常位于近零色散區。色散管理孤子產生的基本原理是在腔內加入色散補償器件或是增益光纖對腔內色散進行調節，使腔內凈色散量接近為零[20]。脈沖傳播中，正色散區域會使得脈沖平均功率降低，減少腔內的非線性相移，從而避免脈沖分裂，脈沖波形為高斯型[20]。而自相似型相比色散控制型腔內正色散更多，脈沖經歷相對更強的自相位調制，脈沖的光譜呈拋物線型。上述鎖模激光器內正色散區會使脈沖展寬，因此色散管理孤子鎖模的輸出脈沖光譜相比負色散孤子寬很多，高能量下脈沖也不會分裂，輸出脈沖被提升至nJ 量級[21]。

近年來，在全正色散光纖激光器中產生的耗散孤子受到廣泛研究。與傳統孤子不同，耗散孤子并不借助正負啁啾實現鎖模，而是引入帶通濾波來維持相互作用平衡[22]。當脈沖在腔內傳播時，耗散孤子在正色散和自相位調制的共同作用下使脈沖展寬，此時通過光譜濾波效應限制脈沖頻譜，提供能量耗散使得脈沖穩定輸出[23]。耗散孤子脈沖在凈正色散量較大的區間受到線性啁啾展寬更大，其輸出光譜一般呈中間平坦或凹陷，具有陡峭的光譜邊緣[24]。同時其脈沖寬度較寬，平均功率較低，避免了非線性積累導致的脈沖分裂。因此，單脈沖能量相比色散管理與自相似型孤子又有明顯的上升[25]。

1.2 高重復頻率光纖激光鎖模技術

現階段在光纖激光器中實現高基本重復頻率飛秒脈沖輸出的鎖模方式主要包括以SESAM 為主的慢飽和吸收體鎖模，以及非線性放大環形鏡（NALM）和非線性偏振旋轉（NPR）為主的快飽和吸收體鎖模。SESAM 鎖模技術多用于線性腔，可實現GHz 量級的高重復頻率脈沖輸出。但鎖模過程嚴重依賴慢飽和機制，脈沖寬度多被限制在皮秒量級。快飽和吸收體鎖模多用于環形腔[15]，允許更寬的光譜與更短的脈沖寬度，但相比線性腔重復頻率較難提升。針對上述問題，國內外各科研團隊對高重復頻率下鎖模技術進行了深入研究，下文將詳細梳理上述鎖模方式的最新進展。

1.2.1 基于SESAM 鎖模的高重復頻率光纖超短脈沖激光器

SESAM 鎖模主要利用可飽和吸收材料對不同光強吸收效率不同的特性，以此窄化脈沖。當脈沖光經過腔內SESAM 結構時，強度較高的脈沖中心部分收到損耗較低，強度較低的脈沖兩側損耗較高，借此形成穩定的超短脈沖輸出[26]。SESAM鎖模技術也憑借其工藝成熟、高穩定性、結構簡單的優勢成為目前在光纖激光器工業化領域被應用最多的鎖模方式。

當前1 μm 波段最高基本重復頻率的鎖模光纖激光器由楊中民團隊于2019 年搭建。組內Wang等[27] 使用了15.2% 的摻鐿磷酸鹽玻璃光纖[28]，搭建了腔長僅7.6 mm 的超短腔。圖1 展示了該激光器實物圖，插圖為介電膜（DF）和SESAM 的光譜反射率。摻鐿玻璃光纖一端與介電鏡對接耦合，另一端連接SESAM。最終實現重復頻率12.5 GHz、脈寬1.9 ps 的脈沖輸出。2021 年，山東大學劉兆軍團隊[29] 在此基礎上將高摻雜磷酸鹽玻璃光纖替換為凈增益系數為1 dB/cm 的商用石英摻鉺（EDF）光纖。最終在全光纖F-P 腔中實現了5 GHz 基本重復頻率，0.69 nm 光譜覆蓋范圍，3.8 ps 光譜寬度的1 561 nm 光纖激光器。該系統通過在光纖套管斷面上涂覆多層介電膜，實現了2 cm 的激光腔長，成功將商用EDF 光纖激光器重復頻率提升至5 GHz，且穩定性較好，可以長期工作。

SESAM 鎖模技術多用于線性腔并且可以實現全光纖結構，具有脈沖輸出穩定、噪聲低、重復頻率高等優點。但由于增益光纖長度較短，無法充分吸收泵浦光，因此，當泵浦功率較大時，SESAM會積累較多的熱量，易被損壞。且脈沖寬度多為皮秒量級，難以進一步窄化。

1.2.2 基于NALM 鎖模的高重復頻率光纖超短脈沖激光器

NALM 鎖模技術通過近似等比的2×2 耦合器，將通過其中的入射光分成傳播方向相反的兩束光脈沖，環路的一側添加增益光纖以增加腔內的不對稱性。在傳播過程中積累不同的非線性相移后，于耦合器相遇，發生干涉。NALM 鎖模技術優勢在于可以在兼顧穩定性的前提下實現寬光譜輸出， 往往能夠獲得較窄脈沖寬度。同時，NALM 技術可以采用保偏光纖作為增益介質，因此，激光器具備更好的機械穩定性。

2016 年，H?nsel 等[30] 提出了一種具有非互易分束器的NALM 結構，并搭建了250 MHz 摻鉺激光器。如圖2（a）所示，半波片用作非互易相移器以引入相位偏置，激光器可實現自啟動鎖模，穩定性良好。2018 年，Liu 等[31] 將非保偏光纖以大曲率半徑彎折，使其滿足保偏光纖的效果，將重復頻率提升至700 MHz。如圖2（b）所示， FR 以及1/6 波片提供2π/3 的非互易相位偏置，經光柵對色散管理后，脈沖寬度可縮減至215 fs。

NALM 鎖模技術可實現全光纖和全保偏結構，穩定性很高。線性臂結構大大縮短了諧振腔長度，同時可以加入色散管理器件，提高重復頻率的同時脈沖寬度可達飛秒量級。但由于腔內需要加入相移器等空間器件，無形中增大了腔長，限制了重復頻率的進一步提升。目前，基于NALM鎖模可實現的最高基本重復頻率為700 MHz。

1.2.3 基于NPR 鎖模的高重復頻率光纖超短脈沖激光器

NPR 鎖模同樣基于可飽和吸收原理，與NALM鎖模不同的是，NPR 鎖模并不依靠耦合器將光分束，而是通過改變同一脈沖中兩個正交的偏振分量從而改變激光器透射率，實現鎖模。諧振腔內半波片和1/4 波片組合起到了控制偏振的作用。通過調節波片可以調整腔內偏振達到特定值，使腔內非線性相移達到π 以上，從而實現可飽和吸收[15]，并窄化脈沖。

2011 年，北京大學張志剛團隊[32] 將微透鏡與二向色鏡加載在波分復用器（WDM）上，搭建了503 MHz 激光器。光路與WDM 結構如圖3（a）和（b）所示，通過在環形腔內加入反常色散光纖，使得腔內凈色散為近零色散狀態，將脈沖寬度壓縮至153 fs。2015 年，Li 等[33] 在此基礎上采用雙向泵浦的方式將重復頻率提升至1 GHz，將反常色散光纖改為光柵以調制腔內色散，使激光器在拉伸脈沖狀態下工作，最終實現64 fs 的窄脈寬輸出，其結構如圖3（c）所示。

NPR 鎖模激光器易受外界溫度、振動等因素影響，自啟動鎖模困難。但NPR 技術可以實現超短腔，同時，脈沖寬度可達到飛秒量級，其穩定性差的缺陷也可以通過后續添加抗振、溫控系統等方式彌補。因此， NPR 技術常被用以實現高重頻、窄脈寬的脈沖輸出。

1.2.4 不同鎖模方式的對比分析

近年來國內外對高重復頻率光纖激光器研究較多，為便于比較，將上文部分代表性實驗結果總結至表1 中。

綜合表1 中激光器輸出參數可以發現，基于SESAM 鎖模技術搭建的光纖激光器在輸出重復頻率方面相較于NPR，NALM 鎖模有較大優勢。其原因在于SESAM 激光器大多基于線性腔搭建，腔內器件集成度較高，空間尺寸小，能實現毫米量級的超短腔。目前在1 μm 波段通過SESAM 鎖模可實現的最高基本重復頻率為12.5 GHz[28]。但受自身材料壽命和工作帶寬的限制，高重復頻率SESAM 鎖模激光器受強光沖擊較易受損，輸出脈寬難以窄化至飛秒量級。NALM 鎖模光纖激光器通過補償腔內色散，可以實現飛秒量級的脈沖輸出，在輸出脈寬上相較于SESAM 鎖模有明顯提升。激光器可以實現全光纖、全保偏結構，脈沖輸出穩定性優異。然而，NALM 鎖模需要在腔內加入相移器或一定長度的光纖以實現鎖模。受器件尺寸限制，腔長難以進一步縮減，重復頻率相對較低。利用NPR 鎖模技術可以將脈寬縮短至飛秒，其空間尺寸相較NALM 鎖模更為緊湊，可以實現超短腔結構從而獲得GHz 量級的脈沖輸出。但是，NPR 鎖模激光器多為半光纖與非保偏結構，易受溫度、振動影響，穩定性相對較差。盡管如此，通過整機封裝和添加溫控系統可以有效提升激光器抗干擾能力，NPR 鎖模仍具有較大的發展潛力。

2 高重復頻率光纖超短脈沖激光領域的關鍵科技問題與最新進展

就激光技術而言，受限于光纖激光器較窄的增益帶寬、可飽和吸收體較低、損傷閾值較低，以及光纖內部色散補償問題，當前光纖激光器較難同時實現高基本重復頻率（gt;1 GHz）和短脈沖寬度（lt;50 fs）的脈沖輸出，相較于傳統固體激光技術仍有差距[38]。為進一步提升光纖激光器輸出性能，探索損傷閾值更高、可飽和吸收更好、使用壽命更長的新型鎖模方式成為了當前高重復頻率光纖激光的研究熱點。在應用方面，飛秒光學頻率梳作為高重頻光纖激光器的重要應用領域，對系統整體穩定性要求極高。一般而言，高重復頻率激光系統腔長較短，微弱的腔長抖動都會影響輸出頻率。GHz 重復頻率下，光纖激光器相比固體激光器具有更高的非線性與大啁啾，自發輻射噪聲也相對較大[39]。因此，如何降低高重復頻率激光器工作時整體的噪聲成為了限制飛秒光梳發展的主要科學問題。除此之外，當前常規的鎖模光纖激光器主要集中在摻鐿、摻鉺光纖上，波長限定為1 μm 和1.5 μm。較少的輸出波長選擇限制了高重頻光纖激光技術的進一步應用，因此，如何實現更多波段的高重復頻率激光輸出也成為了現階段光纖激光的主要研究方向。針對上述關鍵科技問題，國際上多家研究單位開展重點攻關。

當前國際上飛秒光纖激光器的主要研究方向可被總結為以下幾類：

a. 針對光纖激光器難以同時實現高重復頻率與窄脈沖寬度的問題，新型鎖模技術探索成為目前光纖激光領域的研究熱點。碳納米管、石墨烯、二硫化鉬等新型器件，已經被證明可以用于實現光纖超短脈沖激光鎖模。上述新型飽和吸收體的出現有望解決傳統SESAM 損傷閾值低、使用壽命短的缺陷。這方面雖然有很多文獻發表，但是鮮有高重復頻率光纖激光產品真正采用上述器件。

b. 為抑制高重復頻率光纖激光器的腔內噪聲，從而實現更高精度的時域光梳光譜檢測，國內外眾多科研單位對超高穩定性高重復頻率光纖激光器展開研究。光纖光梳是高重復頻率激光器的重要應用出口。 這方面的研究集中在GHz 重復頻率的檢測與反饋、色散控制與噪聲的關系、高穩定度參考源等方面。如何將超高穩定性高重復頻率光纖光梳的時間抖動縮小到百阿秒尺度，是當前炙手可熱的研究主題。

c. 為進一步拓寬光纖激光器的應用場景，高重復頻率光纖激光器的波長拓展也成為了當前光纖激光的重要研究方向。現階段鎖模光纖激光器波長大多被限定為1 μm 和1.5 μm，然而在光纖通信、激光成像等諸多應用領域需要其他波長，如930 nm、1 330 nm、2 μm 波段等。這些波長的飛秒光纖激光器成為新的研究方向。

2.1 新型鎖模技術的探索

新型鎖模技術泛指除SESAM，NPR，NALM鎖模之外的被動鎖模技術。研究發現碳納米管、石墨烯、二硫化鉬等材料也具備飽和吸收特性，相比傳統SESAM，新型納米材料飽和吸收體在損傷閾值、恢復時間和使用壽命方面有所提升[40]，與高摻雜增益光纖及法布里–帕羅腔相結合，可以實現較高的重復頻率。

自1999 年Katura 等[41] 首次觀察到了碳納米管（CNTs）在可見光和近紅外范圍的吸收光譜以來，CNTs 優異的快飽和吸收特性引起了學者們的極大興趣。2005 年，Yamashita 團隊[42] 將CNTs 用作可飽和吸收體，在F-P 腔中加入鉺鐿共摻增益光纖，構建了重復頻率5.18 GHz，脈沖寬度580 fs 光纖激光器。兩年后， Song 等[43] 在此基礎上通過使用鏡面鍍膜半導體光放大器作為增益介質，將重復頻率提升至17.2 GHz。當前CNTs 鎖模實現的最高重復頻率光纖激光器由東京大學團隊搭建，其結構如圖4 所示。組內Martinez 等[44] 以一段5 mm的鉺鐿共摻磷酸鹽玻璃光纖作為增益介質，并在其兩側涂覆高反射介電鏡。在全光纖F-P 腔內成功實現了最高重復頻率為19.45 GHz、脈沖寬度為1 ps的鎖模脈沖輸出。

隨著一維碳材料CNTs 被成功用于激光鎖模，2009 年，二維碳材料石墨烯也被用于被動鎖模[45]。相比半導體材料，石墨烯恢復時間更快，耦合損耗更小，工作光譜范圍更寬，有著不錯的應用前景。2012 年，東京大學Martinez 等[46] 以鉺鐿共摻的磷硅酸鹽光纖為增益介質，利用石墨烯的可飽和吸收特性實現鎖模，并將腔長縮短至10 mm 左右。最終獲得了中心波長1 562 nm，基本重復頻率9.67 GHz，脈沖寬度880 fs 的脈沖輸出。

基于石墨烯鎖模的成功案例，石墨烯類似物的二硫化鉬（MoS2）也被發現具有飽和吸收特性 [47]。2015 年，Wu 等[48] 利用包埋MoS2 的聚乙烯醇薄膜作為可飽和吸收體搭建了鎖模光纖激光器，并得到了重復頻率463 MHz 的穩定脈沖序列。

2.2 超高穩定性高重復頻率光纖激光器/光梳研究

通過大幅減少諧振腔內光機結構的方式可以實現時間抖動達百阿秒尺度的光纖激光輸出。其超高的穩定性在低噪聲微波源、光頻原子鐘、天文光梳等研究領域有著巨大的應用潛力。研究發現，鎖模光纖激光器在100～250 MHz，顯示出與固體激光器可比擬的低定時抖動。但當重復頻率大于500 MHz 時，鎖模的光纖激光器的時間抖動卻高達數十飛秒，遠高于固體激光器。因此，解決上述問題是實現超高穩性的高重復頻率光纖激光器的關鍵。2018 年，Wang 等[49] 基于平衡光學互相關手段，表征了880 MHz 摻鐿NPR 光纖激光器脈沖序列的定時抖動。發現復雜的光機結構，尤其是激光器中自由空間組件的支架，對脈沖穩定性有較大影響。2022 年，Yang 等[50] 基于石英玻璃粘接工藝技術平臺，提出了“laser/comb on silica”概念。如圖5（a）所示，上述重復頻率840 MHz 激光器將元件集成到熔融石英玻璃板上，整個腔內無任何金屬元件，從而機械噪聲抑制到最小。激光器12 h 內重復頻率漂移小于1 kHz，顯示出異常的穩定性。如圖5（b）所示，該激光器在自由運轉下時間抖動為130 as，在10 kHz頻偏處的單邊帶相位噪聲約為–161 dBc/Hz，時間抖動值與100 MHz的光纖激光器相同，僅略高于同重復頻率的固體激光器。該研究成果為在光頻原子鐘、天文光梳等重要領域中心應用鋪平了道路。

在高重復頻率光學頻率梳方面，當前500 MHz以上的激光光頻梳多基于NPR 鎖模光纖激光器實現。2018 年，Ma 團隊[51] 通過電光調制器與壓電換能器組合快速調制腔長，從而根據光外差拍頻率鎖定腔長。搭建了2 個低噪聲750 MHz 摻鐿光纖頻率梳，1 s 的環外跟蹤不穩定性為1.5×10?18。2022 年，Tian 等 [52] 在此基礎上利用兩個750 MHz摻鐿光纖頻率梳輔助RF 鎖相。通過對雙光梳平移相位（offset phase）修正后，射頻線寬從200 kHz 降低至1 kHz。該雙光梳系統可精確標定氣態乙炔的吸收曲線，驗證了該方法的有效性。

2.3 高重復頻率光纖飛秒激光在輸出波長方面的拓展

除1 μm 和1.5 μm 的鎖模光纖激光器外，波長為2 μm 的飛秒脈沖也因其較少的散射和高水吸附而備受關注[53]。為滿足遙感和成像、組織燒蝕和聚合物焊接等領域日益增長的需求[54-55]， 2.0 μm脈沖激光器的開發成為了研究熱點。其中，2 μm波段高重復頻率超短脈沖激光器可以帶來更大的縱向模式間距[56]，顯著提高短波紅外和中紅外光梳的采集速率[57]。

在眾多2.0 μm 脈沖激光器中，摻銩光纖激光器因其占地面積小、可靠性高、光束質量好而備受關注。為獲得高重復頻率的基模鎖定，使用高增益光纖縮短激光腔極其關鍵。但受限于銩摻雜增益光纖的高Tm3+摻雜濃度和玻璃纖維低OH?含量[58]，極少有研究報道2 μm 波段GHz 基本重復頻率摻銩激光器。2018 年，楊中民團隊制造了一種高Tm3+摻雜的鍺酸鎵鋇（BGG）玻璃光纖[59]，該光纖在2 μm 波段有著優異的增益系數。Cheng 等[60]以一段5.9 cm 的BGG 光纖為增益光纖， 基于SESAM 鎖模搭建了 GHz 摻銩光纖振蕩器。圖6 展示了激光腔結構示意圖，摻銩BBG 光纖兩端平面垂直拋光。一端與介電膜對接耦合，另一端與SESAM 連接。介電膜透射光譜與腔內器件實物圖如圖6（a）～（c）所示。最終成功實現重復頻率1.6 GHz，脈寬7.2 ps，光譜寬度12.2 nm 的脈沖輸出。該系統可以在20 °C 溫度下持續10 h 保持鎖模操作，沒有明顯波長漂移，具有較高的穩定性。

3 總結與展望

高重復頻率飛秒脈沖憑借縱模間隔短、峰值功率高、輸出脈寬窄的特性，在激光雷達、高端制造、光學頻率梳等諸多領域具有極高的應用價值[61]。

在高端制造領域，高重復頻率激光輸出在時間尺度上擁有更少脈沖占空比，自發輻射可以得到更好抑制，熱效應更小，是微納加工的良好光源 [62]。在光學頻率梳領域，高重復頻率超快光源可以有效減少光濾波次數，而光纖結構可以有效壓縮系統體積，其較高的穩定性可將光纖光梳的時間抖動縮小到百阿秒尺度 [63]，在天文光學定標、太赫茲異步采樣、拉曼光梳等研究方向有更為良好的表現[64]。在光絲激光雷達領域，高重復頻率激光器因其單位時間內脈沖數量較多的特性，可被用作種子源，通過相干脈沖堆積的方法，實現太瓦量級的飛秒脈沖輸出[65]。

隨著腔內脈沖形成與孤子演化理論的深入、鎖模機制的研究、腔內結構的改進以及材料高摻雜技術的發展，超短脈沖激光器的重復頻率將進一步提高，工作波長也將進一步拓展。相信高重復頻率超短脈沖激光器的發展也會為更多研究領域帶來新的突破。