能够发射超短光脉冲的激光器具有极高的精度，已被广泛应用于制造、医疗及科学研究等领域。然而，高效的短脉冲激光器通常体积庞大、成本高昂。近日，斯图加特大学的研究人员成功开发出一种新型激光系统，其效率较现有系统提升超过两倍，体积仅相当于手掌大小，并具备高度的多功能性。该研究成果已发表在Nature上。

多通道激光束光参量放大器

图源：斯图加特大学/ Jonas Herbig 和Johann Thannheimer

效率可达 80%

斯图加特大学第四物理研究所所长Harald Giessen教授表示：“借助我们开发的新系统，我们实现了此前几乎无法达到的高效率水平。”实验结果表明，短脉冲激光器在原理上可实现80%的能量转换效率，即输入功率的80%能被有效利用。

“相比之下，现有技术的效率仅约为35%，这意味着它们会损失大量能量，从而导致运行成本更高。”Harald Giessen补充道。

超短脉冲激光的高能量瞬时释放

短脉冲激光器产生的光脉冲持续时间极短，仅为纳秒、皮秒或飞秒级（对应十亿分之一秒至千万亿分之一秒）。这种特性使其能够在极短时间内将大量能量集中于极小的空间区域。

在工作过程中，泵浦激光器与短脉冲激光器协同运行：前者向特殊晶体提供光能，而该晶体作为核心元件，将泵浦光的能量转化为超短的信号脉冲，并将入射光子转换为红外光。由此，许多在可见光条件下无法实现的实验、测量与加工过程得以实现。

短脉冲激光器现已广泛应用于多个领域：在工业制造中用于高精度、低热损的材料加工；在医学成像中实现非侵入式诊断；在量子科学研究中，则可实现分子层面的超高精度测量。

实现高效短脉冲的关键——同步与宽带放大

该论文共同作者Tobias Steinle博士解释道：“如何高效地设计短脉冲激光器仍是一项尚未完全解决的难题，为了产生超短脉冲，我们既需要放大入射光束，又必须覆盖较宽的波长范围。”

然而，迄今为止，还无法在小型、紧凑的光学系统中同时实现高放大效率与宽带覆盖。Tobias Steinle指出：“宽带激光放大器通常需要极短且极薄的特殊晶体，而高效放大器则依赖较长的晶体。将多个短晶体串联使用，可能是兼顾这两种需求的可行方案。目前，我们正积极探索这一方向。”他进一步强调，系统性能的关键在于确保泵浦激光器与信号激光器的脉冲严格同步，以实现高效率与高稳定性的光学输出。

突破性多通道设计：以单晶体实现高效放大

研究团队通过一种全新的多通道技术成功攻克了短脉冲激光放大的关键难题。该方案摒弃了传统上使用单根长晶体或多根短晶体的设计思路，仅采用一根短晶体作为核心介质。在光学参量放大器中，发射的光脉冲被多次反复穿透同一晶体，每次穿透之间，分离的脉冲都会经过精密的重新校准，以确保相位与时间上的严格同步。

这一创新系统能够产生脉宽短于50fs的超短脉冲，大小仅为数平方厘米，由五个核心组件构成，兼具高效率、紧凑性与稳定性，为短脉冲激光技术的发展开辟了新路径。

高效与多功能性的融合

Tobias Steinle解释道：“我们的多通道系统证明，实现超高效率并不需要以牺牲带宽为代价，它能够取代以往用于放大超短脉冲的体积庞大且昂贵的激光系统——那些传统系统不仅笨重，而且存在严重的功率损耗问题。”

这套新型系统具有极高的多功能性，不仅可适用于红外光以外的多种波长范围，还能兼容不同类型的晶体材料与多种脉冲时长。研究团队计划基于这一设计理念，进一步开发出小型化、轻量化、紧凑便携且可调谐的激光器，以实现精确的波长控制。

该技术的潜在应用场景十分广泛，涵盖医学成像、分析检测、气体传感及环境科学研究等多个领域，为超短脉冲激光技术的实用化和普及提供了新的可能。

随着超短脉冲激光技术在高精度制造中的广泛应用，相关的激光微纳加工研究正迎来新的发展机遇。为进一步推动激光微纳制造领域的发展，促进学术交流与技术创新，计划于2026年第12期（6月）推出专题，现公开征集相关领域的高水平研究论文及综述。

征稿范围（包括但不仅限于）：

1.激光微纳制造基础理论与加工机制

2.激光超衍射极限制造/近场微纳加工

3.透明介质材料三维结构激光微纳制造

4.表面微纳结构激光加工

5.激光微纳增材制造

6.激光微纳复合加工技术

7.面向硬脆材料和复合材料等特种材料的激光微纳加工

8.光、机、电功能微纳器件的激光制造技术

9.智能化激光微纳制造装备与控制策略

10.激光微纳加工方法创新

11.激光微纳制造在光电子、能源、航空航天等领域中的应用

截稿日期：

2026年2月28日

投稿方式及格式：

通过进入“作者中心”，按系统要求填写信息，上传稿件投稿（主题标明“激光微纳制造II题）。投稿模板及要求请参见“作者中心”首页或《中国激光》官网。

科学编辑 | 佚名