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华沙大学研制新型紫外飞秒脉冲激光器

导读: 华沙大学研制的微型紫外波段飞秒脉冲三倍频器,其效率比原有设备高出三倍,但其外形仅有指尖大小。激光效率的提高得益于从红外到紫外波段变频过程的全局优化。

华沙大学研制的微型紫外波段飞秒脉冲三倍频器,其效率比原有设备高出三倍,但其外形仅有指尖大小。激光效率的提高得益于从红外到紫外波段变频过程的全局优化。

虽然先进的激光技术已经能够覆盖更宽的光谱区域,但是大约300nm的紫外波段激光仍然难以实现,特别是制造高强度的短脉冲紫外激光更是难上加难。通常,科学家通过非线性的变频器,将近红外激光脉冲转换成紫外激光脉冲。但是变频器的调整极其复杂,而且其转换效率只有10%左右。

微型三倍频器生成强烈的蓝色激光,而紫外线激光脉冲形成红外聚焦激光束。照片来源:波兰华沙大学物理学院,Radoslaw Chrapkiewicz。

华沙大学的研究人员已经研制了一种转换效率超过30%的微型三倍频器,通过级联二阶倍频器使得单束激光聚焦,以产生246 fs的紫外脉冲。通过对非线性和双折射介质中聚焦的宽带光场的传播过程进行三维建模,就能够实现这种超小型高效变频器的设计。

研究人员开发了一个名为“Hussar”的开源仿真软件,这让没有设计经验的用户也能够对多束激光脉冲的传播进行精确三维仿真。

仿真软件开发者Tomasz Kardas说:“一旦我们定义了输入脉冲的参数,例如脉冲能量、持续时间和空间光束轮廓,软件就能够搜索出最佳的非线性晶体厚度、光束尺寸、束腰位置等设计指标。令我们惊讶的是,我们按照软件搜索出的设计指标搭建激光器,并测量了其性能,根据实验测得的紫外脉冲与仿真结果几乎完全相同。实验与仿真结果的一致程度在非线性光学中是相当罕见的。”

将三倍频的效率提高到30%以上只是研究的第一步。研究人员正在设法将设备的体积不断缩小,目前使用的三倍频器并非一个整体组件,还是由实验室中的众多组件搭建而成的。

三倍频器的设计者之一Pawel Wnuk称:“实际上,在所有的组件中,一英寸大小的金属支撑架就是整个设备中最大的部分。因此,三倍频器原型的总体积比以往的设计小了1000倍。”

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