完全用玻璃制造飛秒激光器可能嗎？這是洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院Galatea實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人Yves Bellouard在花費(fèi)數(shù)年時(shí)間和無(wú)數(shù)個(gè)小時(shí)，為實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)校準(zhǔn)飛秒激光器后，陷入的兔子洞。

Galatea實(shí)驗(yàn)室研究的內(nèi)容是光學(xué)、力學(xué)和材料科學(xué)之間的交叉學(xué)科，飛秒激光器是Bellouard工作的關(guān)鍵要素。飛秒激光器產(chǎn)生極短而有規(guī)律的激光脈沖，具有許多應(yīng)用，如激光眼科手術(shù)、非線性顯微鏡、光譜學(xué)、激光材料加工和最近的可持續(xù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

商用飛秒激光器是通過將光學(xué)元件及其支架放在基板上制成的，通常是光學(xué)試驗(yàn)板，這需要對(duì)光學(xué)器件進(jìn)行苛刻的對(duì)準(zhǔn)。

Bellouard解釋說(shuō)：“我們使用飛秒激光器研究材料的非線性特性，以及如何改變材料的體積。經(jīng)歷痛苦的復(fù)雜光學(xué)校準(zhǔn)練習(xí)，使你夢(mèng)想著更簡(jiǎn)單、更可靠地校準(zhǔn)復(fù)雜光學(xué)器件。”

Bellouard和他的團(tuán)隊(duì)的解決方案？使用商用飛秒激光器，用玻璃制作飛秒激光器，不超過信用卡大小，并且對(duì)準(zhǔn)麻煩更少。研究結(jié)果發(fā)表在《光學(xué)》雜志上。

如何用玻璃制作飛秒激光器

為了用玻璃基板制作飛秒激光器，科學(xué)家們從一片玻璃開始。Bellouard解釋說(shuō)：“我們希望制作穩(wěn)定的激光器，所以我們使用玻璃，因?yàn)樗臒崤蛎洷葌鹘y(tǒng)基板低，它是一種穩(wěn)定的材料，對(duì)我們使用的激光是透明的”。

使用商用飛秒激光器，科學(xué)家們?cè)诓Ａ衔g刻出特殊的凹槽，以便精確地放置激光器的基本組件。即使在微米級(jí)精密制造中，凹槽和組件本身也不夠精確，無(wú)法達(dá)到激光質(zhì)量對(duì)齊。換句話說(shuō)，鏡子還沒有完全對(duì)齊，所以在這一階段，他們的玻璃裝置還不能作為激光器使用。

科學(xué)家們還從以前的研究中知道，他們可以使玻璃局部膨脹或收縮。為什么不使用這種技術(shù)來(lái)調(diào)整鏡子的對(duì)齊呢？

因此，最初的蝕刻設(shè)計(jì)，使鏡子位于凹槽中，凹槽具有微機(jī)械彎曲，當(dāng)暴露在飛秒激光光線中時(shí)，鏡子會(huì)局部攪拌。這樣，商業(yè)飛秒激光器被第二次使用，這次是對(duì)準(zhǔn)鏡子，并最終創(chuàng)建一個(gè)穩(wěn)定的、小規(guī)模的飛秒激光器。

Bellouard說(shuō)：“由于激光物質(zhì)相互作用，這種永久對(duì)準(zhǔn)自由空間光學(xué)組件的方法可以擴(kuò)展到各種各樣的光學(xué)電路，具有極高的對(duì)準(zhǔn)分辨率，低至亞納米” 。

應(yīng)用和超越

Galatea實(shí)驗(yàn)室正在進(jìn)行的研究項(xiàng)目將探索在量子光學(xué)系統(tǒng)組裝中使用這項(xiàng)技術(shù)，推動(dòng)目前可實(shí)現(xiàn)的微型化和對(duì)準(zhǔn)精度的極限。

對(duì)準(zhǔn)過程仍然由操作人員監(jiān)督，實(shí)踐可以花費(fèi)幾個(gè)小時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)。盡管其尺寸很小，但激光器能夠達(dá)到大約一千瓦的峰值功率，并發(fā)射不到200飛秒的脈沖，幾乎足夠光穿過一根頭發(fā)的時(shí)間。

這種新型飛秒激光技術(shù)將由Cassio-P公司剝離，該公司由Galatea實(shí)驗(yàn)室的Antoine Delgoffe領(lǐng)導(dǎo)，他在決定性階段加入了這個(gè)項(xiàng)目，其任務(wù)是將概念驗(yàn)證最終轉(zhuǎn)化為未來(lái)的商業(yè)設(shè)備。

Bellouard總結(jié)道：“飛秒激光器可以自我復(fù)制，我們是不是已經(jīng)到了自我克隆制造設(shè)備的地步呢？”