完全用玻璃制造飛秒激光器可能嗎？這是洛桑聯邦理工學院Galatea實驗室負責人Yves Bellouard在花費數年時間和無數個小時，為實驗室實驗校準飛秒激光器后，陷入的兔子洞。

Galatea實驗室研究的內容是光學、力學和材料科學之間的交叉學科，飛秒激光器是Bellouard工作的關鍵要素。飛秒激光器產生極短而有規律的激光脈沖，具有許多應用，如激光眼科手術、非線性顯微鏡、光譜學、激光材料加工和最近的可持續數據存儲。

商用飛秒激光器是通過將光學元件及其支架放在基板上制成的，通常是光學試驗板，這需要對光學器件進行苛刻的對準。

Bellouard解釋說：“我們使用飛秒激光器研究材料的非線性特性，以及如何改變材料的體積。經歷痛苦的復雜光學校準練習，使你夢想著更簡單、更可靠地校準復雜光學器件。”

Bellouard和他的團隊的解決方案？使用商用飛秒激光器，用玻璃制作飛秒激光器，不超過信用卡大小，并且對準麻煩更少。研究結果發表在《光學》雜志上。

如何用玻璃制作飛秒激光器

為了用玻璃基板制作飛秒激光器，科學家們從一片玻璃開始。Bellouard解釋說：“我們希望制作穩定的激光器，所以我們使用玻璃，因為它的熱膨脹比傳統基板低，它是一種穩定的材料，對我們使用的激光是透明的”。

使用商用飛秒激光器，科學家們在玻璃上蝕刻出特殊的凹槽，以便精確地放置激光器的基本組件。即使在微米級精密制造中，凹槽和組件本身也不夠精確，無法達到激光質量對齊。換句話說，鏡子還沒有完全對齊，所以在這一階段，他們的玻璃裝置還不能作為激光器使用。

科學家們還從以前的研究中知道，他們可以使玻璃局部膨脹或收縮。為什么不使用這種技術來調整鏡子的對齊呢？

因此，最初的蝕刻設計，使鏡子位于凹槽中，凹槽具有微機械彎曲，當暴露在飛秒激光光線中時，鏡子會局部攪拌。這樣，商業飛秒激光器被第二次使用，這次是對準鏡子，并最終創建一個穩定的、小規模的飛秒激光器。

Bellouard說：“由于激光物質相互作用，這種永久對準自由空間光學組件的方法可以擴展到各種各樣的光學電路，具有極高的對準分辨率，低至亞納米” 。

應用和超越

Galatea實驗室正在進行的研究項目將探索在量子光學系統組裝中使用這項技術，推動目前可實現的微型化和對準精度的極限。

對準過程仍然由操作人員監督，實踐可以花費幾個小時來實現。盡管其尺寸很小，但激光器能夠達到大約一千瓦的峰值功率，并發射不到200飛秒的脈沖，幾乎足夠光穿過一根頭發的時間。

這種新型飛秒激光技術將由Cassio-P公司剝離，該公司由Galatea實驗室的Antoine Delgoffe領導，他在決定性階段加入了這個項目，其任務是將概念驗證最終轉化為未來的商業設備。

Bellouard總結道：“飛秒激光器可以自我復制，我們是不是已經到了自我克隆制造設備的地步呢？”