團(tuán)隊研發(fā)出新型高效緊湊型短脈沖激光器

德國斯圖加特大學(xué)與斯圖加特儀器有限公司科研團(tuán)隊研制出一款緊湊型短脈沖激光器，其能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)80%，遠(yuǎn)超當(dāng)前同類產(chǎn)品。這一突破為開發(fā)便攜、經(jīng)濟(jì)的激光設(shè)備開辟了新途徑，有望廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、分析技術(shù)與量子科學(xué)等領(lǐng)域。相關(guān)研究成果發(fā)表于最新一期《自然》雜志。

短脈沖激光器能發(fā)射納秒至飛秒級別的極短脈沖。由于脈沖時間極短，大量能量可在瞬間匯聚于微小區(qū)域，極高的精確度使其廣泛地應(yīng)用在制造、醫(yī)療與科研領(lǐng)域。

然而，傳統(tǒng)高效短脈沖激光系統(tǒng)往往體積龐大、成本高昂。如何在緊湊結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)高效短脈沖輸出，一直是科研界面臨的難題。

研究團(tuán)隊解釋道，要產(chǎn)生短脈沖，必須同時實現(xiàn)光束放大與寬波長覆蓋。但以往技術(shù)難以在小型光學(xué)系統(tǒng)中兼顧這兩點：寬波長需要極短薄的晶體，而放大光束則需更長的晶體。

為此，團(tuán)隊提出采用多通道策略巧妙化解了這一矛盾。新系統(tǒng)不再依賴單一長晶體或多晶體堆疊，而是讓光束在光參量放大器內(nèi)反復(fù)穿過一個短晶體。每次穿行后，分離的脈沖會被精確重調(diào)，以保持同步。

最終，團(tuán)隊研制出僅數(shù)平方厘米大小、可置于掌心的激光系統(tǒng)。該系統(tǒng)僅使用五個組件，就能產(chǎn)生短于50飛秒的脈沖。測試結(jié)果顯示，其能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)80%。相比之下，現(xiàn)有技術(shù)能量轉(zhuǎn)換效率僅為35%左右，能量損耗大、成本高昂。

多通道參量放大器

團(tuán)隊強(qiáng)調(diào)，這一多通道系統(tǒng)證明，高效率并不需要犧牲帶寬。它有望替代以往龐大昂貴、功耗高的超短脈沖放大系統(tǒng)。此外，該設(shè)計還可通過調(diào)節(jié)晶體與脈沖參數(shù)，適應(yīng)紅外以外不同波長，具備高度靈活性。

基于這一創(chuàng)新理念，團(tuán)隊計劃進(jìn)一步開發(fā)更輕便、緊湊、可調(diào)諧且波長可精確設(shè)定的激光設(shè)備，未來或可廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診療、氣體傳感、環(huán)境監(jiān)測等多個領(lǐng)域。

審核編輯 黃宇