新型設備產生紫外光譜激光脈衝的效率打破了記錄

在華沙大學物理學院的一組研究人員剛剛發布的一個報告，有關他們利用微型三倍頻器件在紫外光譜產生飛秒激光脈衝應用的情況。相比先前所使用的設備該設備所具有的效率要提高三倍，並適合指尖大小的尺寸，這個成果是由於在設計階段華沙開發的一個獨特的軟件包。

隨著新技術的發展，激光器覆蓋越來越大的光譜，但有些波長仍然不容易實現。這包括約300納米的紫外（UV）頻帶，特別是如果要實現短脈衝持續時間且具有高強度。通常情況下，UV脈衝產生一般是由非線性過程產生，如二次諧波產生或和頻的產生，其中新的光子通過疊加總和基本脈衝光子的能量使其具有更高的能量且具有一個新的顏色形成。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值模擬被用來設計變頻器。他們允許科學家調整設備參數，通常一次一個。這種方法導致從未放大的紅外飛秒激光到紫外線第三諧波的轉換效率一直很低，在百分之10左右。

“這就像是在實驗室中，這兒一個旋鈕，那兒一個旋鈕地調整，一邊看著紫外輸出功率並試圖找到其最大化點。百分之10是作為一個這種方法所實現的最好結果，”Michal Nejbauer說，他目前是華沙大學物理學院的研究小組的一名研究員。

但增加計算能力相結合的智能編程技巧允許的全局優化的頻率轉換過程，從紅外到紫外光的轉換這是第一次使用這種方法。

“我們新開發的、開源的軟件包，叫做輕騎兵，甚至讓一個沒有經驗的用戶建立一個複雜的、立體的、準確的模擬多個脈衝的傳播和互動，用簡單的塊：輸入脈衝參數，介質的材料性質和過程就能實現” Tomasz Kardas解釋說，他開發了這一個軟件。

“一旦我們定義了輸入脈衝的參數，如能量、時間和空間的光束分布，我們基本上開始尋找在一個大空間的最佳設計參數：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，建器件並對其性能進行了測試，輸出光脈衝的正是模擬時的樣子。這種定量協議處在一個屏幕上，然後在實驗室測量出的成為非線性光學上非常罕見的結果。”

但增加其轉換過程的效率有三倍大小，到百分之30以上，隻是第一步。研究人員還致力於其小型化。而沒有使用多個組件安裝在實驗台，它們三倍頻諧波發生器隻是一塊小小的晶體堆積在一起。

“事實上，一英寸的金屬架，使所有的元素結合在一起，是整個設置的最大部分，”Pawel Wnuk解釋說，他領導了該器件的特性實驗的實施。因此，該倍頻器的原型的整體體積約小於傳統設計的1000倍。

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