隨著新技術(shù)的發(fā)展，激光器覆蓋越來越大的光譜，但有些波長仍然不容易實(shí)現(xiàn)。這包括約300納米的紫外（UV）頻帶，特別是如果要實(shí)現(xiàn)短脈沖持續(xù)時(shí)間且具有高強(qiáng)度。通常情況下，UV脈沖產(chǎn)生一般是由非線性過程產(chǎn)生，如二次諧波產(chǎn)生或和頻的產(chǎn)生，其中新的光子通過疊加總和基本脈沖光子的能量使其具有更高的能量且具有一個(gè)新的顏色形成。然而，這些過程的效率是很低的。
多年來，分析光傳播模型或簡單的數(shù)值模擬被用來設(shè)計(jì)變頻器。他們允許科學(xué)家調(diào)整設(shè)備參數(shù)，通常一次一個(gè)。這種方法導(dǎo)致從未放大的紅外飛秒激光到紫外線第三諧波的轉(zhuǎn)換效率一直很低，在百分之10左右。
“這就像是在實(shí)驗(yàn)室中，這兒一個(gè)旋鈕，那兒一個(gè)旋鈕地調(diào)整，一邊看著紫外輸出功率并試圖找到其最大化點(diǎn)。百分之10是作為一個(gè)這種方法所實(shí)現(xiàn)的最好結(jié)果，”Michal Nejbauer說，他目前是華沙大學(xué)物理學(xué)院的研究小組的一名研究員。
但增加計(jì)算能力相結(jié)合的智能編程技巧允許的全局優(yōu)化的頻率轉(zhuǎn)換過程，從紅外到紫外光的轉(zhuǎn)換這是第一次使用這種方法。
“我們新開發(fā)的、開源的軟件包，叫做輕騎兵，甚至讓一個(gè)沒有經(jīng)驗(yàn)的用戶建立一個(gè)復(fù)雜的、立體的、準(zhǔn)確的模擬多個(gè)脈沖的傳播和互動(dòng)，用簡單的塊：輸入脈沖參數(shù)，介質(zhì)的材料性質(zhì)和過程就能實(shí)現(xiàn)” Tomasz Kardas解釋說，他開發(fā)了這一個(gè)軟件。
“一旦我們定義了輸入脈沖的參數(shù)，如能量、時(shí)間和空間的光束分布，我們基本上開始尋找在一個(gè)大空間的最佳設(shè)計(jì)參數(shù)：非線性晶體厚度、光斑大小、光束束腰位置，等等，讓我們驚訝的是，一旦我們找到這些最佳值，建器件并對(duì)其性能進(jìn)行了測試，輸出光脈沖的正是模擬時(shí)的樣子。這種定量協(xié)議處在一個(gè)屏幕上，然后在實(shí)驗(yàn)室測量出的成為非線性光學(xué)上非常罕見的結(jié)果。”
但增加其轉(zhuǎn)換過程的效率有三倍大小，到百分之30以上，只是第一步。研究人員還致力于其小型化。而沒有使用多個(gè)組件安裝在實(shí)驗(yàn)臺(tái)，它們?nèi)额l諧波發(fā)生器只是一塊小小的晶體堆積在一起。
“事實(shí)上，一英寸的金屬架，使所有的元素結(jié)合在一起，是整個(gè)設(shè)置的最大部分，”Pawel Wnuk解釋說，他領(lǐng)導(dǎo)了該器件的特性實(shí)驗(yàn)的實(shí)施。因此，該倍頻器的原型的整體體積約小于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的1000倍。
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