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紫外光谱激光脉冲效率打破记录

在华沙大学物理学院的一组研究人员刚刚发布的一个报告,有关他们利用微型三倍频器件在紫外光谱产生飞秒激光脉冲应用的情况。相比先前所使用的设备该设备所具有的效率要提高三倍,并适合指尖大小的尺寸,这个成果是由于在设计阶段华沙开发的一个独特的软件包。

随着新技术的发展,激光器覆盖越来越大的光谱,但有些波长仍然不容易实现。这包括约300纳米的紫外(UV)频带,特别是如果要实现短脉冲持续时间且具有高强度。通常情况下,UV脉冲产生一般是由非线性过程产生,如二次谐波产生或和频的产生,其中新的光子通过叠加总和基本脉冲光子的能量使其具有更高的能量且具有一个新的颜色形成。然而,这些过程的效率是很低的。

多年来,分析光传播模型或简单的数值模拟被用来设计变频器。他们允许科学家调整设备参数,通常一次一个。这种方法导致从未放大的红外飞秒激光到紫外线第三谐波的转换效率一直很低,在百分之10左右。

“这就像是在实验室中,这儿一个旋钮,那儿一个旋钮地调整,一边看着紫外输出功率并试图找到其最大化点。百分之10是作为一个这种方法所实现的最好结果,”Michal Nejbauer说,他目前是华沙大学物理学院的研究小组的一名研究员。

但增加计算能力相结合的智能编程技巧允许的全局优化的频率转换过程,从红外到紫外光的转换这是第一次使用这种方法。

“我们新开发的、开源的软件包,叫做轻骑兵,甚至让一个没有经验的用户建立一个复杂的、立体的、准确的模拟多个脉冲的传播和互动,用简单的块:输入脉冲参数,介质的材料性质和过程就能实现” Tomasz Kardas解释说,他开发了这一个软件。

“一旦我们定义了输入脉冲的参数,如能量、时间和空间的光束分布,我们基本上开始寻找在一个大空间的最佳设计参数:非线性晶体厚度、光斑大小、光束束腰位置,等等,让我们惊讶的是,一旦我们找到这些最佳值,建器件并对其性能进行了测试,输出光脉冲的正是模拟时的样子。这种定量协议处在一个屏幕上,然后在实验室测量出的成为非线性光学上非常罕见的结果。”

但增加其转换过程的效率有三倍大小,到百分之30以上,只是第一步。研究人员还致力于其小型化。而没有使用多个组件安装在实验台,它们三倍频谐波发生器只是一块小小的晶体堆积在一起。

“事实上,一英寸的金属架,使所有的元素结合在一起,是整个设置的最大部分,”Pawel Wnuk解释说,他领导了该器件的特性实验的实施。因此,该倍频器的原型的整体体积约小于传统设计的1000倍。

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