華沙大學(xué)研制的微型紫外波段飛秒脈沖三倍頻器，其效率比原有設(shè)備高出三倍，但其外形僅有指尖大小。激光效率的提高得益于從紅外到紫外波段變頻過(guò)程的全局優(yōu)化。
雖然先進(jìn)的激光技術(shù)已經(jīng)能夠覆蓋更寬的光譜區(qū)域，但是大約300nm的紫外波段激光仍然難以實(shí)現(xiàn)，特別是制造高強(qiáng)度的短脈沖紫外激光更是難上加難。通常，科學(xué)家通過(guò)非線性的變頻器，將近紅外激光脈沖轉(zhuǎn)換成紫外激光脈沖。但是變頻器的調(diào)整極其復(fù)雜，而且其轉(zhuǎn)換效率只有10％左右。
微型三倍頻器生成強(qiáng)烈的藍(lán)色激光，而紫外線激光脈沖形成紅外聚焦激光束。照片來(lái)源：波蘭華沙大學(xué)物理學(xué)院，Radoslaw Chrapkiewicz。
華沙大學(xué)的研究人員已經(jīng)研制了一種轉(zhuǎn)換效率超過(guò)30％的微型三倍頻器，通過(guò)級(jí)聯(lián)二階倍頻器使得單束激光聚焦，以產(chǎn)生246 fs的紫外脈沖。通過(guò)對(duì)非線性和雙折射介質(zhì)中聚焦的寬帶光場(chǎng)的傳播過(guò)程進(jìn)行三維建模，就能夠?qū)崿F(xiàn)這種超小型高效變頻器的設(shè)計(jì)。
研究人員開發(fā)了一個(gè)名為“Hussar”的開源仿真軟件，這讓沒(méi)有設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的用戶也能夠?qū)Χ嗍す饷}沖的傳播進(jìn)行精確三維仿真。
仿真軟件開發(fā)者Tomasz Kardas說(shuō)：“一旦我們定義了輸入脈沖的參數(shù)，例如脈沖能量、持續(xù)時(shí)間和空間光束輪廓，軟件就能夠搜索出最佳的非線性晶體厚度、光束尺寸、束腰位置等設(shè)計(jì)指標(biāo)。令我們驚訝的是，我們按照軟件搜索出的設(shè)計(jì)指標(biāo)搭建激光器，并測(cè)量了其性能，根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的紫外脈沖與仿真結(jié)果幾乎完全相同。實(shí)驗(yàn)與仿真結(jié)果的一致程度在非線性光學(xué)中是相當(dāng)罕見的。”
將三倍頻的效率提高到30％以上只是研究的第一步。研究人員正在設(shè)法將設(shè)備的體積不斷縮小，目前使用的三倍頻器并非一個(gè)整體組件，還是由實(shí)驗(yàn)室中的眾多組件搭建而成的。
三倍頻器的設(shè)計(jì)者之一Pawel Wnuk稱：“實(shí)際上，在所有的組件中，一英寸大小的金屬支撐架就是整個(gè)設(shè)備中最大的部分。因此，三倍頻器原型的總體積比以往的設(shè)計(jì)小了1000倍。”
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