團隊研發(fā)出新型高效緊湊型短脈沖激光器

德國斯圖加特大學與斯圖加特儀器有限公司科研團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80%，遠超當前同類產(chǎn)品。這一突破為開發(fā)便攜、經(jīng)濟的激光設(shè)備開辟了新途徑，有望廣泛應(yīng)用于醫(yī)學、分析技術(shù)與量子科學等領(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

團隊強調(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，團隊計劃進一步開發(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)學診療、氣體傳感、環(huán)境監(jiān)測等多個領(lǐng)域。

審核編輯 黃宇