用玻璃制造飞秒激光器

是否有可能完全用玻璃制造飞秒激光器?这就是洛桑联邦理工学院 Galatea 实验室负责人伊夫·贝卢阿德 (Yves Bellouard)多年来花费大量时间为实验室实验校准飞秒激光器后发现的兔子洞。

Galatea 实验室处于光学、机械和材料科学的十字路口，飞秒激光器是 Bellouard 工作的关键要素。飞秒激光器产生极短且规则的激光脉冲，具有许多应用，例如激光眼科手术、非线性显微镜、光谱学、激光材料加工以及最近的可持续数据存储。商用飞秒激光器是通过将光学元件及其安装座放置在基板上(通常是光学面包板)来制造的，这需要对光学器件进行严格的对准。

“我们使用飞秒激光器来研究材料的非线性特性以及如何改变材料的体积，”贝卢阿尔解释道。“经历了痛苦的复杂光学对准练习后，您会梦想以更简单、更可靠的方式来对准复杂的光学器件。”

贝卢阿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，其大小不超过信用卡的大小，并且校准麻烦更少。研究结果发表在《Optica》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。“我们想要制造稳定的激光器，所以我们使用玻璃，因为它的热膨胀比传统基板低，它是一种稳定的材料，并且对于我们使用的激光是透明的，”贝卢阿德解释道。

科学家们使用商用飞秒激光器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，凹槽和部件本身也不够精确，无法达到激光质量对准。换句话说，镜子还没有完全对准，所以在这个阶段，他们的玻璃装置还不能发挥激光器的功能。

科学家们还从之前的研究中得知，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，最初的蚀刻设计为使一面镜子位于带有微机械弯曲的凹槽中，该凹槽被设计为在暴露于飞秒激光时局部搅拌镜子。通过这种方式，商业飞秒激光器被第二次使用，这次是为了对准镜子，并最终创建稳定的小规模飞秒激光器。

Bellouard 表示：“这种通过激光与物质相互作用来永久对准自由空间光学元件的方法可以扩展到各种光学电路，具有低至亚纳米级的极端对准分辨率。”

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使用，突破目前可实现的小型化和对准精度的极限。

对准过程仍然由操作员监督，通过练习可能需要几个小时才能完成。尽管尺寸很小，但该激光器的峰值功率能够达到大约一千瓦，并且发射的脉冲时间小于 200 飞秒，这几乎不足以让光穿过人类的头发。

这种新颖的飞秒激光技术将由 Cassio-P 公司分拆出来，该公司由 Galatea 实验室的 Antoine Delgoffe 领导，他在决定性阶段加入了该项目，其使命是最终确定未来的概念验证商业设备。

“飞秒激光可以自我复制，我们是否可能达到自我克隆制造设备的地步?” 贝卢阿尔总结道。

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