隨著新技術(shù)的發(fā)展，激光器覆蓋越來(lái)越大的光譜，但有些波長(zhǎng)仍然不容易實(shí)現(xiàn)。這包括約300納米的紫外（UV）頻帶，特別是如果要實(shí)現(xiàn)短脈沖持續(xù)時(shí)間且具有高強(qiáng)度。通常情況下，UV脈沖產(chǎn)生一般是由非線(xiàn)性過(guò)程產(chǎn)生，如二次諧波產(chǎn)生或和頻的產(chǎn)生，其中新的光子通過(guò)疊加總和基本脈沖光子的能量使其具有更高的能量且具有一個(gè)新的顏色形成。然而，這些過(guò)程的效率是很低的。
多年來(lái)，分析光傳播模型或簡(jiǎn)單的數(shù)值模擬被用來(lái)設(shè)計(jì)變頻器。他們?cè)试S科學(xué)家調(diào)整設(shè)備參數(shù)，通常一次一個(gè)。這種方法導(dǎo)致從未放大的紅外飛秒激光到紫外線(xiàn)第三諧波的轉(zhuǎn)換效率一直很低，在百分之10左右。
“這就像是在實(shí)驗(yàn)室中，這兒一個(gè)旋鈕，那兒一個(gè)旋鈕地調(diào)整，一邊看著紫外輸出功率并試圖找到其最大化點(diǎn)。百分之10是作為一個(gè)這種方法所實(shí)現(xiàn)的最好結(jié)果，”Michal Nejbauer說(shuō)，他目前是華沙大學(xué)物理學(xué)院的研究小組的一名研究員。
但增加計(jì)算能力相結(jié)合的智能編程技巧允許的全局優(yōu)化的頻率轉(zhuǎn)換過(guò)程，從紅外到紫外光的轉(zhuǎn)換這是第一次使用這種方法。
“我們新開(kāi)發(fā)的、開(kāi)源的軟件包，叫做輕騎兵，甚至讓一個(gè)沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)的用戶(hù)建立一個(gè)復(fù)雜的、立體的、準(zhǔn)確的模擬多個(gè)脈沖的傳播和互動(dòng)，用簡(jiǎn)單的塊：輸入脈沖參數(shù)，介質(zhì)的材料性質(zhì)和過(guò)程就能實(shí)現(xiàn)” Tomasz Kardas解釋說(shuō)，他開(kāi)發(fā)了這一個(gè)軟件。
“一旦我們定義了輸入脈沖的參數(shù)，如能量、時(shí)間和空間的光束分布，我們基本上開(kāi)始尋找在一個(gè)大空間的最佳設(shè)計(jì)參數(shù)：非線(xiàn)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，建器件并對(duì)其性能進(jìn)行了測(cè)試，輸出光脈沖的正是模擬時(shí)的樣子。這種定量協(xié)議處在一個(gè)屏幕上，然后在實(shí)驗(yàn)室測(cè)量出的成為非線(xiàn)性光學(xué)上非常罕見(jiàn)的結(jié)果。”
但增加其轉(zhuǎn)換過(guò)程的效率有三倍大小，到百分之30以上，只是第一步。研究人員還致力于其小型化。而沒(méi)有使用多個(gè)組件安裝在實(shí)驗(yàn)臺(tái)，它們?nèi)额l諧波發(fā)生器只是一塊小小的晶體堆積在一起。
“事實(shí)上，一英寸的金屬架，使所有的元素結(jié)合在一起，是整個(gè)設(shè)置的最大部分，”Pawel Wnuk解釋說(shuō)，他領(lǐng)導(dǎo)了該器件的特性實(shí)驗(yàn)的實(shí)施。因此，該倍頻器的原型的整體體積約小于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的1000倍。
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