近期，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)院安光所梁勖研究員團(tuán)隊(duì)在準(zhǔn)分子激光器的超緊湊系統(tǒng)設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究中取得新突破。團(tuán)隊(duì)成功設(shè)計(jì)出一種基于電流體動(dòng)力學(xué)（Electrohydrodynamics，EHD）原理的新型超緊湊準(zhǔn)分子激光器，相關(guān)研究成果以 “Electrohydrodynamic excimer laser: ultra-compact system and laser energy performance dynamics”（基于電流體循環(huán)的準(zhǔn)分子激光器：超緊湊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與激光能量動(dòng)態(tài)特性分析）為題，發(fā)表于光學(xué)領(lǐng)域國(guó)際知名期刊《應(yīng)用物理快報(bào)-光子學(xué)》（APL Photonics）。

準(zhǔn)分子激光器作為深紫外波段的核心光源，在科學(xué)探索和工程應(yīng)用領(lǐng)域中具有特殊應(yīng)用。在野外環(huán)境、海洋探索和機(jī)載任務(wù)中，各種復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)景又對(duì)光源系統(tǒng)提出了新的設(shè)計(jì)需求，如小型化、減少機(jī)械振動(dòng)和高可靠性等。然而，現(xiàn)今準(zhǔn)分子激光光源主要是依賴結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)械氣體泵實(shí)現(xiàn)介質(zhì)循環(huán)，所以存在體積龐大、機(jī)械振動(dòng)顯著以及噪聲強(qiáng)烈等問題，這些問題已成為限制準(zhǔn)分子激光器在復(fù)雜環(huán)境中發(fā)展應(yīng)用的關(guān)鍵障礙，尚未能有效解決。

為突破技術(shù)難點(diǎn)，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地采用多針電暈放電EHD泵取代傳統(tǒng)的機(jī)械泵系統(tǒng)進(jìn)行介質(zhì)驅(qū)動(dòng)循環(huán)，使激光系統(tǒng)展現(xiàn)出優(yōu)越的結(jié)構(gòu)緊湊性（實(shí)現(xiàn)體積僅為?130mm×300mm）。通過設(shè)計(jì)一種高效的非侵入式點(diǎn)式紋影流速測(cè)量方法，實(shí)測(cè)激光器內(nèi)部介質(zhì)流速可達(dá)1.27m/s，在百赫茲重復(fù)頻率下氣體更新率高達(dá) 6.35，實(shí)現(xiàn)脈沖能量大于2mJ，且不穩(wěn)定性最低控制在1%范圍內(nèi)，有效突破了準(zhǔn)分子激光在復(fù)雜環(huán)境下應(yīng)用所面臨的技術(shù)瓶頸。

此外，在該超緊湊準(zhǔn)分子激光研究過程中，觀測(cè)到低能量范圍內(nèi)的脈沖能量“爆發(fā)”性轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。基于高維XeCl反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)力學(xué)分析，研究證實(shí)該轉(zhuǎn)變特征源于閾值驅(qū)動(dòng)的光子通量爆發(fā)過程，從而揭示了宏觀激光能量轉(zhuǎn)變背后的微觀機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，研究人員構(gòu)建了一種具有可解釋性的機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)模型，能夠預(yù)測(cè)超緊湊型準(zhǔn)分子激光器在更寬參數(shù)范圍內(nèi)的脈沖能量及其轉(zhuǎn)變現(xiàn)象，為超緊湊準(zhǔn)分子激光系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)控提供了理論依據(jù)與技術(shù)支撐。

碩士研究生韓金亮為論文的第一作者，梁勖研究員為論文的通訊作者。本研究獲得了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院科研儀器設(shè)備研制等項(xiàng)目的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1063/5.0281169

圖 基于電流體動(dòng)力學(xué)原理的超緊湊型準(zhǔn)分子激光器

圖 超緊湊型XeCl激光器的能量轉(zhuǎn)變現(xiàn)象及其預(yù)測(cè)