全球首台“可见光”飞秒光纤激光器问世；科学家用激光冷却微小薄膜

此前，加拿大拉瓦尔大学的研究人员研制出了全球首台能够在可见光波长下产生明亮飞秒脉冲的光纤激光器。据称，这种激光器可应用于材料加工和生物医学领域。当前，业界还不能直接使用光纤激光器产生持续时间在飞秒（10-15秒）范围内的可见光脉冲，通常需要复杂且固有效率低下的设置。

他们的新型激光器将掺镧氟化物光纤与商用蓝光二极管泵浦激光器相结合，发射波长为 635nm的红光，实现了持续时间为168fs、峰值功率为0.73kW、重复频率为137MHz的压缩脉冲。使用商用蓝光激光二极管作为泵浦源，有助于使整体设计更坚固、紧凑和经济高效。

研究小组负责人Réal Vallée说：“我们展示的可见光飞秒光纤激光器为开发可靠、高效、紧凑的新型超快激光器铺平了道路。”研究人员表示，最近出现的基于半导体的蓝光激光源是开发高效可见光纤激光器的关键。氟化物光纤制造工艺的改进，对获得具有开发高效可见光光纤激光器所需特性的掺镧光纤至关重要。

参与该项目的博士生Marie-Pier Lord说：“如果能在不久的将来获得更高的能量和功率，许多应用都将受益于这种激光器。潜在应用包括高精度、高质量的生物组织烧蚀和双光子激发显微镜。飞秒激光脉冲还可以在材料加工过程中进行冷烧蚀，这一过程由于不会产生热效应，因此比长脉冲切割材料时更干净。”

下一步，研究人员将改进技术，使该装置完全实现单片化，即各个光纤光学元件都将直接互联。这将减少装置的光学损耗，提高效率并使激光器更加可靠、紧凑和坚固。他们还在研究提高激光脉冲能量、脉冲持续时间和平均功率的不同途径。

接近绝对零度：科学家用激光冷却微小薄膜

近日，瑞士巴塞尔大学的研究人员开发出了一种新技术，仅用激光就能成功将微小薄膜冷却到接近绝对零度的温度。这种极度冷却的薄膜，可应用于高灵敏度传感器。

几个世纪前，确切地说是大约400年前，著名德国天文学家约翰内斯·开普勒设想了太阳风帆的概念。他认为太阳风帆可以推动船只穿越宇宙。开普勒的理论认为，光被物体反射时会产生一种力。这一想法也为彗尾总是指向远离太阳的现象提供了解释。

一束激光照射到薄膜上（中间正方形）。通过光导纤维（紫色）延迟反射的激光，薄膜被冷却到绝对零度的千分之一以下

如今，科学家们利用“光力”（light force）来减缓和冷却原子和其他粒子。通常，要做到这一点需要复杂的仪器。现在，由Philipp Treutlein教授和Patrick Potts教授领导的巴塞尔大学研究小组只用激光就成功将一层薄薄的膜冷却到接近绝对零度（-273.15℃），并将他们的成果刊登在科学杂志《物理评论X》上。

无需测量的反馈

研究论文的第一作者、物理学家、博士生Maryse Ernzer说：我们的方法之所以特别，是因为我们不需要进行任何测量就能实现这种冷却效果。根据量子力学定律，在反馈回路中通常需要进行测量，而测量会导致量子状态的改变，从而产生干扰。为了避免这种情况，研究团队开发了一种所谓的相干反馈回路，其中激光既是传感器又是阻尼器。通过这种方式，他们抑制并冷却了由硝酸硅制成的薄膜的热振动。薄膜的大小约为半毫米。

研究人员在实验中将一束激光照射到薄膜上，并将薄膜反射的光线输入光缆。在此过程中，膜的振动导致反射光的振荡相位发生微小变化。然后，利用该振荡相位中包含的膜瞬时运动状态信息，通过时间延迟，在适当的时刻用同样的激光对膜施加适当的力。Ernzer解释说：“为了实现约100纳秒的最佳延迟效果，研究人员使用了一条30米长的光缆。”

接近绝对零度

作为博士后参与这项研究的Manel Bosch Aguilera博士说：“Potts教授和他的合作者对这项新技术进行了理论描述，并计算出我们有望达到最低温度的设置，实验也证实了这一点。”他和他的同事能够将薄膜冷却到480微开尔文，比绝对零度高出不到千分之一。

下一步，研究人员希望改进实验，使薄膜达到可能的最低温度，即薄膜振荡的量子力学基态。在此之后，实验还可能创造出所谓的膜挤压态。这种状态对制造传感器特别有意义，因为它们可以实现更高的测量精度。未来，这种传感器可能应用原子显微镜，用于以纳米分辨率扫描表面。