11 月 9 日消息，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雷射系統，兼具高效率、小型化與廣泛適用性。相關成果已於 11 月 5 日發表於《自然》（Nature）。
據介紹，這款創新雷射器的體積僅相當於手掌大小，卻實現了現有設計兩倍以上的能效提升。研究團隊介紹稱，該系統在實驗中可達到 80% 的能量轉換效率，遠高於目前約 35% 的水平。
「通過我們的新系統，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。」
短脈衝雷射以其極高的時間解析度和能量密度，已成為製造、醫療及科學研究的重要工具。這類雷射器能在納秒、皮秒或飛秒（即十億分之一至千萬億分之一秒）級別內釋放能量，使得極短時間內集中能量於微小區域成為可能。
該技術系統由兩部分雷射組成：泵浦雷射與短脈衝雷射。泵浦雷射將能量注入系統核心的特殊晶體中，該晶體將能量轉移至超短脈衝信號，最終將輸入光轉換為紅外光。紅外波段光能支持更高精度的測量與製造 —— 從醫療成像到量子級分子研究，均可受益於這種能力。
論文第一作者托比亞斯・施泰因勒（Tobias Steinle）博士指出，開發高效的短脈衝雷射長期以來是一項難題：「要生成短脈衝光束，既需要放大輸入光，又要覆蓋寬廣的波長範圍。但在緊湊光學系統中同時實現這兩點一直不可行。」
傳統設計中，寬帶放大器需使用極短、極薄的晶體，而高效率放大器則需要較長的晶體。研究人員通常通過串聯多塊短晶體來兼顧兩者，但這要求泵浦雷射與信號脈衝在時間上嚴格同步。
為解決這一矛盾，研究團隊提出了一種「多重往返（multipass）」新概念。他們使用一塊短晶體，讓光脈衝在其中多次通過；每次通過之間，系統都會精確地重新校準光束位置，以保持兩種脈衝同步。這種設計僅由五個組件構成，占用面積僅幾平方厘米，便能生成小於 50 飛秒的雷射脈衝。
「我們的多重往返系統表明，高效率與寬帶寬並不衝突，」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放大設備。」
該系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和脈衝持續時間。研究人員計劃在此基礎上開發更小型、輕便、可調諧的雷射裝置，可廣泛應用於醫學成像、光譜分析、氣體傳感及環境監測等領域。
