手掌大小超短脉冲激光系统实现80%能量效率突破引领技术革新
超短脉冲激光器凭借超高精度特性,已广泛应用于制造、医疗及科学研究等多个领域,成为关键技术支撑。然而,传统高效短脉冲激光器普遍存在体积庞大、成本高昂的问题,严重制约了其规模化普及与场景化拓展。近日,斯图加特大学研究团队在《Nature》期刊发表重要研究成果,成功研发出一款手掌大小的新型超短脉冲激光系统,其能量转换效率高达80%,较现有技术提升两倍以上,为该领域技术发展带来革命性突破。

核心技术突破:效率与紧凑性的双重革新
能量转换效率实现质的跃升
该新型激光系统的核心优势在于其卓越的能量转换效率,实验数据显示其效率可达80%,即输入功率的80%能够被有效利用。相比之下,当前主流短脉冲激光技术的能量转换效率仅约35%,大量能量在运行过程中以热能形式损耗,不仅提升了运行成本,也限制了设备的续航与应用场景。斯图加特大学第四物理研究所所长HaraldGiessen教授表示,这一效率水平此前在短脉冲激光领域几乎难以实现,标志着该技术在能量利用层面达到新的高度。
紧凑化设计打破体积限制
与传统短脉冲激光器庞大笨重的结构不同,该新型系统采用高度集成化设计,整体尺寸仅为数平方厘米,由五个核心组件构成,可轻松置于手掌之上。在实现紧凑化的同时,其性能并未妥协,能够产生脉宽短于50飞秒(千万亿分之一秒)的超短脉冲,具备高能量瞬时释放的核心特性,可在极小空间范围内集中能量,满足高精度加工、检测与科研等场景的严苛需求。
技术创新路径:多通道设计破解行业瓶颈
长期以来,短脉冲激光技术领域面临一项核心技术瓶颈:宽带放大需依赖极短且极薄的特殊晶体,而高效放大则需要较长的晶体,在小型紧凑的光学系统中难以同时满足这两项要求。为破解这一难题,研究团队摒弃了传统“单根长晶体”或“多根短晶体串联”的设计思路,创新提出“单晶体多通道技术”。
在该系统的光学参量放大器中,发射的光脉冲会多次反复穿透同一根短晶体。每次穿透前,分离的脉冲都会经过精密的重新校准,确保相位与时间上的严格同步,从而在单根短晶体上同时实现宽带覆盖与高放大效率。论文共同作者TobiasSteinle博士指出,这一创新设计不仅简化了系统结构,更实现了“高效率、紧凑化、高稳定性”的三重目标,证明超高效率与宽带覆盖可并行实现,无需相互妥协。
应用场景拓展:多领域深度赋能
该新型激光系统具备极高的多功能性,可适用于红外光以外的多种波长范围,兼容不同类型的晶体材料与多种脉冲时长,应用场景得到进一步拓展。在工业制造领域,其高精度、低热损的特性可支撑精密元器件的微纳加工;在医学领域,能够助力非侵入式生物成像与诊断技术的升级;在科研领域,可满足量子科学研究中的分子级超高精度测量需求,同时为气体传感、环境科学研究等提供技术支撑。
研究团队表示,未来将基于现有设计理念,进一步研发小型化、轻量化、紧凑便携且可调谐的激光器,实现精确的波长控制,推动该技术在更多专业领域的深度应用。
行业动态:激光微纳制造专题征稿启动
随着超短脉冲激光技术在高精度制造领域的广泛应用,激光微纳加工已成为学术研究与技术创新的热点方向。
此次斯图加特大学研发的高效紧凑超短脉冲激光系统,不仅破解了传统技术的核心痛点,更推动超短脉冲激光技术向实用化、普及化方向迈出关键一步。未来,随着技术的持续迭代与优化,有望推动更多小型化、高性价比的激光设备涌现,为制造、医疗、科研等多个领域提供更精准、高效的技术解决方案。
-
红外与拉曼:光如何"看懂"分子的振动密码?
在分子光谱学的世界里,存在一个奇特的现象:有些分子振动在红外光谱中清晰可见,在拉曼光谱中却踪迹全无;另一些振动则恰好相反。这并非偶然,而是源于光与分子相互作用的两种不同方式——红外吸收依赖分子振动时的偶极矩变化,拉曼散射则依赖极化率变化。这个结论不是经验总结,而是经典电磁理论、量子力学与无数实验共同验证的科学真相。
2025-12-26
-
量子启发计算波前整形:抗湍流光学成像的突破性进展
光学成像技术在遥感探测、天文观测、生物医学成像等关键领域发挥着不可替代的作用,但大气湍流、生物组织等无序介质引发的光波前随机畸变,长期制约着成像质量与分辨率的提升。传统波前校正方法依赖空间光调制器等硬件进行定域调控,存在硬件要求高、动态环境响应延迟及稳定性不足等局限。国防科技大学与香港理工大学联合团队提出一种量子启发的计算波前整形技术,基于经典关联光源与单像素探测原理,实现了抗湍流的分布式孔径合成成像。该技术摆脱了对专用硬件及子孔径共相操作的依赖,在湍流环境下达成0.157毫米的衍射极限分辨率,相关研究成果以“量子启发计算波前整形实现抗湍流分布式孔径合成成像(Quantum-Inspired Computational Wavefront Shaping Enables Turbulence-Resilient Distributed Aperture Synthesis Imaging)”为题发表于《Science Advances》,为动态复杂环境下的高分辨率光学成像提供了全新解决方案。
2025-12-26
-
几何光波导的平行度难题,如何突破量产检测瓶颈?
在AR近眼显示技术飞速发展的今天,几何光波导凭借无色散、成像质量高、结构直观的优势,成为商业化AR眼镜的核心方案,其中基于部分反射镜阵列(PRMA)的设计更是占据主流地位。然而,一个看似细微的“制造细节”——平行度误差,却成为制约其成像效果与规模化量产的关键瓶颈。理想状态下,波导上下基底需严格平行,PRMA中各反射镜也需保持方向一致,但微小的角度偏差就会被指数级放大,最终形成影响视觉体验的“鬼像”,而工程上允许的误差精度已苛刻到基底±6arcsec、相邻PRMA镜面±9arcsec。
2025-12-26
-
电子自准直仪三角摆动测量技术解析,重塑精密制造精度基准!
旋转部件(如精密轴承、机床主轴、光学轴系)的摆动误差直接决定了在精密机械制造、高端装备校准、光学工程检测等核心领域设备运行精度与产品质量稳定性。传统接触式测量易造成部件磨损、动态响应滞后,而常规光学测量方案存在精度不足、环境适应性差等局限,难以满足现代精密制造对微米级、亚角秒级摆动检测的严苛需求。德国TRIOPTICS研发的TriAngle®电子自准直仪,依托成熟的三角摆动测量技术,以非接触式测量为核心,构建起“高精度、高稳定、全场景”的测量解决方案,成为精密制造领域不可或缺的精度检测核心设备。
2025-12-26
