德國(guó)斯圖加特大學(xué)與斯圖加特儀器有限公司科研團(tuán)隊(duì)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(lèi)產(chǎn)品。這一突破為開(kāi)發(fā)便攜、經(jīng)濟(jì)的激光設(shè)備開(kāi)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(jí)別的極短脈沖。由于脈沖時(shí)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。

團(tuán)隊(duì)研發(fā)出新型高效緊湊型短脈沖激光器

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(shí)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(duì)解釋道，要產(chǎn)生短脈沖，必須同時(shí)實(shí)現(xiàn)光束放大與寬波長(zhǎng)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(diǎn)：寬波長(zhǎng)需要極短薄的晶體，而放大光束則需更長(zhǎng)的晶體。

為此，團(tuán)隊(duì)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(lài)單一長(zhǎng)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(guò)一個(gè)短晶體。每次穿行后，分離的脈沖會(huì)被精確重調(diào)，以保持同步。

最終，團(tuán)隊(duì)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(gè)組件，就能產(chǎn)生短于50飛秒的脈沖。測(cè)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(duì)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(jì)還可通過(guò)調(diào)節(jié)晶體與脈沖參數(shù)，適應(yīng)紅外以外不同波長(zhǎng)，具備高度靈活性。

基于這一創(chuàng)新理念，團(tuán)隊(duì)計(jì)劃進(jìn)一步開(kāi)發(fā)更輕便、緊湊、可調(diào)諧且波長(zhǎng)可精確設(shè)定的激光設(shè)備，未來(lái)或可廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診療、氣體傳感、環(huán)境監(jiān)測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域。

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轉(zhuǎn)自：光行天下

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