用玻璃制造飞秒激光器，可能吗？

完全用玻璃制造飞秒激光器可能吗？这是洛桑联邦理工学院Galatea实验室负责人Yves Bellouard在花费数年时间和无数个小时，为实验室实验校准飞秒激光器后，陷入的兔子洞。

Galatea实验室研究的内容是光学、力学和材料科学之间的交叉学科，飞秒激光器是Bellouard工作的关键要素。飞秒激光器产生极短而有规律的激光脉冲，具有许多应用，如激光眼科手术、非线性显微镜、光谱学、激光材料加工和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支架放在基板上制成的，通常是光学试验板，这需要对光学器件进行苛刻的对准。

Bellouard解释说：“我们使用飞秒激光器研究材料的非线性特性，以及如何改变材料的体积。经历痛苦的复杂光学校准练习，使你梦想着更简单、更可靠地校准复杂光学器件。”

Bellouard和他的团队的解决方案？使用商用飞秒激光器，用玻璃制作飞秒激光器，不超过信用卡大小，并且对准麻烦更少。研究结果发表在《光学》杂志上。

如何用玻璃制作飞秒激光器

为了用玻璃基板制作飞秒激光器，科学家们从一片玻璃开始。Bellouard解释说：“我们希望制作稳定的激光器，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，对我们使用的激光是透明的”。

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，以便精确地放置激光器的基本组件。即使在微米级精密制造中，凹槽和组件本身也不够精确，无法达到激光质量对齐。换句话说，镜子还没有完全对齐，所以在这一阶段，他们的玻璃装置还不能作为激光器使用。

科学家们还从以前的研究中知道，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齐呢？

因此，最初的蚀刻设计，使镜子位于凹槽中，凹槽具有微机械弯曲，当暴露在飞秒激光光线中时，镜子会局部搅拌。这样，商业飞秒激光器被第二次使用，这次是对准镜子，并最终创建一个稳定的、小规模的飞秒激光器。

Bellouard说：“由于激光物质相互作用，这种永久对准自由空间光学组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” 。

应用和超越

Galatea实验室正在进行的研究项目将探索在量子光学系统组装中使用这项技术，推动目前可实现的微型化和对准精度的极限。

对准过程仍然由操作人员监督，实践可以花费几个小时来实现。尽管其尺寸很小，但激光器能够达到大约一千瓦的峰值功率，并发射不到200飞秒的脉冲，几乎足够光穿过一根头发的时间。

这种新型飞秒激光技术将由Cassio-P公司剥离，该公司由Galatea实验室的Antoine Delgoffe领导，他在决定性阶段加入了这个项目，其任务是将概念验证最终转化为未来的商业设备。

Bellouard总结道：“飞秒激光器可以自我复制，我们是不是已经到了自我克隆制造设备的地步呢？” 

相关链接：https://phys.org/news/2023-09-femtosecond-laser-glass.html