Kürzlich arbeitete das Team von Professor Li Zhiyuan von der South China University of Technology mit dem Team von Akademiker Li Ruxin am Shanghai Institute of Optics and Mechanics der Chinesischen Akademie der Wissenschaften zusammen. Sie schlugen innovativ eine neuartige Strategie vor, die auf Femtosekunden-Laserpumpen im mittleren {{1}Infrarotbereich-dem Ansatz der „synergistischen nichtlinearen Frequenz-Auf-/Abwärtskonvertierung“ basiert-und damit erfolgreich eine gepulste Laserquelle mit weißem Licht mit vollem Spektrum-entwickelte. Dieser Laser erstreckt sich über sieben Oktaven von 200 bis 25.000 nm, erreicht eine Pulsenergie von 1 mJ und weist eine spektrale Ebenheit von 17 dB auf. mit einer spektralen Ebenheit von 17 dB. Die Ergebnisse wurden in der führenden internationalen Optikzeitschrift Light: Science & Applications veröffentlicht.
Von Elektronenübergängen innerhalb von Atomen über molekulare Schwingungen zwischen Atomen bis hin zu Schwingungen fester Gitter umfassen verschiedene mikroskopische Prozesse charakteristische Bänder vom tiefen Ultraviolett bis zum fernen Infrarot. Seit der Erfindung des Lasers sind Wissenschaftler seit über 60 Jahren auf der Suche nach einer Laserquelle, die das gesamte Spektrum abdecken kann, um diese Mikroprozesse mit sehr unterschiedlichen Energieskalen gleichzeitig zu beobachten. Herkömmliche Laserquellen leiden jedoch unter Einschränkungen wie schmaler spektraler Bandbreite, unzureichender Energie oder geringer spektraler Ebenheit und erfüllen nicht gleichzeitig die strengen Anforderungen einer breiten spektralen Abdeckung, hoher Impulsintensität und hoher spektraler Ebenheit.
Die in dieser Studie vorgeschlagene Vollspektrum-Weißlichtlaserquelle überwindet diese Einschränkungen. Es ist bereit, ein neues Paradigma in der Laserspektroskopie-„Single-vollständiges-Spektrum, synchroner Schnappschuss“-zu bahnen und neue Grenzen in der Hochgeschwindigkeitsspektrographie und der ultraschnellen Pump-{7}}Probe-Spektroskopie zu eröffnen. Dieser Durchbruch ist vielversprechend für die Grundlagenforschung in Physik, Chemie, Materialwissenschaften und Biologie sowie für Anwendungen in der biomedizinischen Bildgebung, Umweltüberwachung und industriellen Inspektion.
Nichtlineare Frequenzaufwärts- und -abwärts-Konvertierungssynergie ermöglicht Hochleistungslaser mit tiefem-UV- bis Fern{4}IR-Vollspektrum-weißem-Licht
Dieses Weißlicht-Lasersystem verwendet einen 3,9 μm großen Mittelinfrarotlaser als Überbrückungsquelle. Durch die Aufwärts-Konvertierung wird die Grenze der kurzen{5}}Wellenlänge auf den 200 nm tiefen-Ultraviolettbereich ausgedehnt, während die Abwärts-Konvertierung die Grenze der langen-Wellenlänge auf das 25 μm tiefe-Band erweitert. Der innovativ gestaltete gechirpte -periodisch-polarisierte Lithiumniobat-Kristall (CPPLN) des Teams erzeugt gleichzeitig Harmonische 2. bis 12. Ordnung. Das Upconversion-Modul erreicht einen Umwandlungswirkungsgrad von 40 % bei 1,45 mJ Ausgangsenergie. Das Abwärtskonvertierungsmodul mit einer kaskadierten LN-AGSe-Kristallarchitektur erreicht einen Umwandlungswirkungsgrad von 18 % bei 0,75 mJ Ausgangsenergie. Die gesamten technischen Spezifikationen übertreffen die vergleichbarer Superkontinuum-Lasersysteme deutlich.
Die Photonenstrahlintensität des Systems übertrifft die von Synchrotronstrahlungseinrichtungen um 7-8 Größenordnungen und ermöglicht die gleichzeitige Erfassung von fünf physikochemischen Prozessen über verschiedene Energieskalen hinweg: -elektronische Übergänge im tiefen Ultraviolett, elektronische Anregungen mit sichtbarem Licht, Molekülschwingungen im nahen -Infrarot und mittleren {4}Infrarot sowie Gitterschwingungen im fernen -Infrarot – mit einem einzigen Laserstrahl oder Impuls.
Hong Lihong, ein Postdoktorand, der gemeinsam von der South China University of Technology und dem Shanghai Institute of Optics and Mechanics der Chinesischen Akademie der Wissenschaften ausgebildet wurde, ist der Erstautor der Arbeit. Li Zhiyuan, Professor an der Fakultät für Physik und Optoelektronik der South China University of Technology, und Akademiker Li Ruxin von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften sind die korrespondierenden Autoren. Professor Li Zhiyuan beschäftigt sich seit langem mit theoretischer, experimenteller und angewandter Forschung in den Bereichen Mikro--Nanophotonik, nichtlineare Optik, Lasertechnologie, topologische Photonik und Quantenphysik.
