科学家们用玻璃制造了一种紧凑的飞秒激光器，彻底改变了对准过程，并有望在量子光学和技术小型化方面取得进展。这种由欧洲研究委员会资助的创新方法已准备好商业化。图片来源:Jamani Caillet / EPFL
有可能完全用玻璃制造飞秒激光器吗?这是EPFL的Galatea实验室的负责人Yves Bellouard在花费数年时间为实验室实验校准飞秒激光后发现的一个“兔洞”。
Galatea实验室位于光学、力学和材料科学的交叉点，飞秒激光器是Bellouard工作的关键要素。这些激光器发出极短且一致的光爆发，并在激光眼科手术，非线性显微镜，光谱学和可持续数据存储等各个领域得到应用。通常，商用飞秒激光器是通过将光学元件安装在基片上(如光学面包板)来构建的，这需要细致的校准。
Bellouard解释说:“我们使用飞秒激光来研究材料的非线性特性，以及如何修改材料的体积。”“通过痛苦的复杂光学校准练习，你会梦想更简单、更可靠的方法来校准复杂的光学。”
贝洛瓦德和他的团队的解决方案是什么?使用商用飞秒激光器，用玻璃制造飞秒激光器，不会比信用卡大小大，而且校准麻烦更少。研究结果发表在《光学》杂志上。
如何用玻璃制造飞秒激光器
为了使用玻璃基板制造飞秒激光器，科学家们从一块玻璃开始。Bellouard解释说:“我们想制造稳定的激光器，所以我们使用玻璃，因为它比传统基板具有更低的热膨胀，它是一种稳定的材料，对我们使用的激光来说是透明的。”
使用商用飞秒激光器，科学家们在玻璃上蚀刻出特殊的凹槽，以便精确放置激光器的基本组件。即使在微米级的精密制造中，凹槽和组件本身也不够精确，无法达到激光质量的对准。换句话说，镜子还没有完全对齐，所以在这个阶段，他们的玻璃装置还不能作为激光使用。
利用蚀刻技术制造GigaFemto激光器。图片来源:Jamani Caillet / EPFL
科学家们还从之前的研究中了解到，他们可以使玻璃局部膨胀或收缩。为什么不使用这种技术来调整镜子的对准呢?
因此，最初的蚀刻设计是这样的:一个镜面放置在一个凹槽中，当暴露在飞秒激光下时，微机械弯曲设计可以局部搅拌镜面。通过这种方式，商用飞秒激光器被再次使用，这一次是为了校准反射镜，并最终创造出稳定的、小规模的飞秒激光器。
Bellouard说:“由于激光与物质的相互作用，这种永久对准自由空间光学元件的方法可以扩展到各种各样的光学电路，具有极高的对准分辨率，低至亚纳米。”
应用及其他
Galatea实验室正在进行的研究项目将探索该技术在量子光学系统组装中的应用，推动目前可实现的小型化和对准精度的极限。
校准过程仍然由人工操作员监督，通过练习可能需要几个小时才能实现。尽管体积很小，激光器的峰值功率却能达到大约一千瓦，发射脉冲的时间不到200飞秒，光穿过一根头发的时间几乎不够。
这种新颖的飞秒激光技术将由casio - p公司分离出来，该公司由Galatea实验室的Antoine Delgoffe领导，他在项目的决定性阶段加入了该项目，其任务是最终确定概念验证为未来的商业设备。
“飞秒激光自我复制，我们是否可能达到自我克隆制造设备的地步?”贝洛瓦德总结道。
参考文献:“全玻璃微型GHz重复频率飞秒激光腔”，由Antoine Delgoffe, Clemens H?nninger, Sargis Hakobyan, Yves Bellouard和Saood Nazir, 2023年10月19日，Optica。DOI: DOI: 10.1364 / OPTICA.496503
这项研究由欧洲研究委员会在欧洲研究委员会PoC资助下资助，项目GigamFemto，旨在在单个玻璃芯片上演示一个千兆赫飞秒激光。衍生活动通过桥式概念验证和EPFL的点火项目得到了支持。分享推特reddit电子邮件分享
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