研究人员开发了一种激光器，可以产生迄今为止最强的超短激光脉冲

整个系统的概述：激光可以在图像的中心看到，前景的透镜和镜子反射和重新定向激光束

       激光这个词通常会让人联想到强烈集中的连续光束。实际上，产生这种光的激光器是非常常见且有用的。然而，科学和工业也经常需要非常短而强的激光脉冲。

       这些脉冲可用于加工材料或产生高达 X 射线的高谐波频率，这有助于使在阿秒范围内（十亿分之一秒的十亿分之一秒）的极快过程可见。由苏黎世联邦理工学院量子电子学教授乌苏拉・凯勒领导的一组研究人员现在创造了这种激光脉冲的新纪录：平均功率为 550 瓦，比之前的最大值高出 50% 以上，这使它们成为有史以来由激光振荡器产生的最强脉冲。同时，它们非常短 —— 持续时间不到 1 皮秒，也就是百万分之一秒 —— 并以每秒 500 万个脉冲的高速率以规律的顺序从激光中射出。短脉冲达到 100 兆瓦的峰值功率（理论上，这足以在短时间内为 10 万台真空吸尘器供电）。研究人员最近在《光学》杂志上发表了他们的研究结果。

       在过去的 25 年里，凯勒的研究小组一直致力于不断改进所谓的短脉冲圆盘激光器，其中激光材料由一个只有 100 微米厚的薄片组成，其中含有镱原子的晶体。一次又一次，凯勒和她的同事们遇到了新的问题，这些问题最初阻碍了功率的进一步增加。很多时候，激光器内部的不同部分被破坏的壮观事件发生了。这些问题的解决带来了新的见解，使在工业应用中也很流行的短脉冲激光器更加可靠。

       凯勒实验室的博士生莫里茨・塞德尔解释说：“我们现在已经实现的更高功率和 5.5 兆赫脉冲率的结合，是基于两项创新。” 首先，他和他的同事们使用了一种特殊的反射镜布置，使激光器内部的光在离开激光器之前多次穿过圆盘。

       塞德尔说：“这种安排使我们能够极大地放大光，而不会使激光变得不稳定。” 第二个创新与脉冲激光器的核心部分有关：一种由半导体材料制成的特殊反射镜，这种反射镜早在 30 年前就由凯勒发明了，它的缩写是 SESAM（半导体可饱和吸收镜）。与普通镜子不同，SESAM 的反射率取决于入射光的强度。

       利用 SESAM，研究人员诱导他们的激光器发出短脉冲，而不是连续光束。脉冲具有较高的强度，因为光能在较短的时间内集中。要使激光器发出激光，其内部的光强必须超过一定的阈值。这就是 SESAM 发挥作用的地方：它反射已经通过放大盘多次的光，如果光强度高，效率特别高。结果，激光自动进入脉冲模式。塞德尔说：“到目前为止，我们只能通过在激光器外部的几个单独的放大器发送较弱的激光脉冲来实现与我们现在实现的脉冲相当的功率。” 这样做的缺点是，放大也会导致更多的噪声，与功率的波动相对应，这会导致问题，特别是在精密测量中。为了直接使用激光振荡器产生高功率，研究人员必须解决许多棘手的技术问题，例如，如何在 SESAM 反射镜的半导体层上附着一个薄的蓝宝石窗口，这将大大提高反射镜的性能。塞德尔说：“当它最终工作时，我们看到了激光是如何产生脉冲的，这真的很酷。”

       放大器的替代品

       厄休拉・凯勒也对这些结果感到兴奋，她说：“我们…… 期望能够非常有效地将这些脉冲缩短到几个周期的范围内，这对于制造阿秒脉冲非常重要。”

       根据凯勒的说法，由新型激光器产生的快速强脉冲也可以应用于紫外线到 X 射线的新型所谓的频率梳，这可能会导致更精确的时钟。凯勒说：“我的梦想是有一天证明自然常数并不是恒定的。” 此外，波长比可见光或红外光长得多的太赫兹辐射可以用激光产生，然后用于测试材料。

       凯勒说：“总而言之，我们可以说，通过我们的脉冲激光器，我们已经证明了激光振荡器是基于放大器的激光系统的一个很好的替代方案，它们可以实现新的、更好的测量。”