科学岛团队在准分子激光器的超紧凑型系统设计及其应用方面取得进展

    近期，中国科学院合肥物质院安光所梁勖研究员团队在准分子激光器的超紧凑系统设计及其应用研究中取得新突破。团队成功设计出一种基于电流体动力学（Electrohydrodynamics，EHD）原理的新型超紧凑准分子激光器，相关研究成果以 “Electrohydrodynamic excimer laser: ultra-compact system and laser energy performance dynamics”（基于电流体循环的准分子激光器：超紧凑系统设计与激光能量动态特性分析）为题，发表于光学领域国际知名期刊《应用物理快报-光子学》（APL Photonics）。
    准分子激光器作为深紫外波段的核心光源，在科学探索和工程应用领域中具有特殊应用。在野外环境、海洋探索和机载任务中，各种复杂应用场景又对光源系统提出了新的设计需求，如小型化、减少机械振动和高可靠性等。然而，现今准分子激光光源主要是依赖结构复杂的机械气体泵实现介质循环，所以存在体积庞大、机械振动显著以及噪声强烈等问题，这些问题已成为限制准分子激光器在复杂环境中发展应用的关键障碍，尚未能有效解决。
    为突破技术难点，研究团队创新性地采用多针电晕放电EHD泵取代传统的机械泵系统进行介质驱动循环，使激光系统展现出优越的结构紧凑性（实现体积仅为Ø130mm×300mm）。通过设计一种高效的非侵入式点式纹影流速测量方法，实测激光器内部介质流速可达1.27m/s，在百赫兹重复频率下气体更新率高达 6.35，实现脉冲能量大于2mJ，且不稳定性最低控制在1%范围内，有效突破了准分子激光在复杂环境下应用所面临的技术瓶颈。
    此外，在该超紧凑准分子激光研究过程中，观测到低能量范围内的脉冲能量“爆发”性转变现象。基于高维XeCl反应网络的动力学分析，研究证实该转变特征源于阈值驱动的光子通量爆发过程，从而揭示了宏观激光能量转变背后的微观机制。在此基础上，研究人员构建了一种具有可解释性的机器学习预测模型，能够预测超紧凑型准分子激光器在更宽参数范围内的脉冲能量及其转变现象，为超紧凑准分子激光系统的优化调控提供了理论依据与技术支撑。
    论文链接：https://doi.org/10.1063/5.0281169

图 基于电流体动力学原理的超紧凑型准分子激光器

图 超紧凑型XeCl激光器的能量转变现象及其预测

来源：中国科学院合肥物质院