IT之家消息，德國斯圖加特大學一支科研團隊合作開發出了一種新型短脈衝(chong) 激光係統，兼具高效率、小型化與(yu) 廣泛適用性。相關(guan) 成果已於(yu) 11 月 5 日發表於(yu) 《自然》（Nature）。

據介紹，這款創新激光器的體(ti) 積僅(jin) 相當於(yu) 手掌大小，卻實現了現有設計兩(liang) 倍以上的能效提升。研究團隊介紹稱，該係統在實驗中可達到 80% 的能量轉換效率，遠高於(yu) 目前約 35% 的水平。

“通過我們(men) 的新係統，可以實現以往幾乎無法達到的效率水平，”斯圖加特大學第四物理研究所所長哈拉爾德・吉森（Harald Giessen）教授表示，“這意味著輸入的能量有 80% 能夠被有效利用，而不是大部分在過程中損失掉。”

短脈衝(chong) 激光以其極高的時間分辨率和能量密度，已成為(wei) 製造、醫療及科學研究的重要工具。這類激光器能在納秒、皮秒或飛秒（即十億(yi) 分之一至千萬(wan) 億(yi) 分之一秒）級別內(nei) 釋放能量，使得極短時間內(nei) 集中能量於(yu) 微小區域成為(wei) 可能。

該技術係統由兩(liang) 部分激光組成：泵浦激光與(yu) 短脈衝(chong) 激光。泵浦激光將能量注入係統核心的特殊晶體(ti) 中，該晶體(ti) 將能量轉移至超短脈衝(chong) 信號，最終將輸入光轉換為(wei) 紅外光。紅外波段光能支持更高精度的測量與(yu) 製造 —— 從(cong) 醫療成像到量子級分子研究，均可受益於(yu) 這種能力。

論文第一作者托比亞(ya) 斯・施泰因勒（Tobias Steinle）博士指出，開發高效的短脈衝(chong) 激光長期以來是一項難題：“要生成短脈衝(chong) 光束，既需要放大輸入光，又要覆蓋寬廣的波長範圍。但在緊湊光學係統中同時實現這兩(liang) 點一直不可行。”

傳(chuan) 統設計中，寬帶放大器需使用極短、極薄的晶體(ti) ，而高效率放大器則需要較長的晶體(ti) 。研究人員通常通過串聯多塊短晶體(ti) 來兼顧兩(liang) 者，但這要求泵浦激光與(yu) 信號脈衝(chong) 在時間上嚴(yan) 格同步。

為(wei) 解決(jue) 這一矛盾，研究團隊提出了一種“多重往返（multipass）”新概念。他們(men) 使用一塊短晶體(ti) ，讓光脈衝(chong) 在其中多次通過；每次通過之間，係統都會(hui) 精確地重新校準光束位置，以保持兩(liang) 種脈衝(chong) 同步。這種設計僅(jin) 由五個(ge) 組件構成，占用麵積僅(jin) 幾平方厘米，便能生成小於(yu) 50 飛秒的激光脈衝(chong) 。

“我們(men) 的多重往返係統表明，高效率與(yu) 寬帶寬並不衝(chong) 突，”施泰因勒說，“這一設計可以替代原本龐大、昂貴、能量損耗巨大的超短脈衝(chong) 放大設備。”

該係統還具有高度靈活性，可適配除紅外光以外的多種波長範圍，以及不同類型的晶體(ti) 和脈衝(chong) 持續時間。研究人員計劃在此基礎上開發更小型、輕便、可調諧的激光裝置，可廣泛應用於(yu) 醫學成像、光譜分析、氣體(ti) 傳(chuan) 感及環境監測等領域。

IT之家附論文地址：https://www.nature.com/ articles / s41586-025-09665-w