有可能完全用玻璃製造出飛秒雷射嗎？這是EPFL Galatea 實驗室負責人伊夫-貝魯阿德（Yves Bellouard）在花費數小時–數小時–對準飛秒雷射進行實驗室實驗多年後，終於找到的答案。

科學家用玻璃製造出了一種緊湊型飛秒雷射器，徹底改變了對準過程，有望推動量子光學和技術微型化的發展。這項創新方法得到了歐洲研究理事會的資助，預計將實現商業化。圖片來源：Jamani Caillet / EPFL

Galatea 實驗室是光學、力學和材料科學的交叉學科，飛秒雷射是貝魯厄工作的關鍵要素。這些雷射能發出極短而穩定的光脈衝，可應用於雷射眼科手術、非線性顯微鏡、光譜學和永續資料儲存等多個領域。通常情況下，商用飛秒雷射是透過將光學元件安裝在基板（如光學麵包板）上製成的，因此必須進行細緻的對準。

“我們使用飛秒雷射來研究材料的非線性特性，以及如何改變材料的體積，”Bellouard 解釋說。”透過痛苦的複雜光學對準練習，讓你夢想用更簡單、更可靠的方法來對準複雜的光學器件”。

Bellouard 及其團隊的解決方案是什麼？使用商用飛秒雷射用玻璃製作飛秒雷射器，大小不超過一張信用卡，對準麻煩更少。研究成果發表在《光學》（Optica）雜誌。

如何用玻璃製造飛秒雷射

要利用玻璃基板製造飛秒雷射器，科學家首先要從一塊玻璃板開始。Bellouard解釋說：”我們希望製造出穩定的雷射器，所以我們使用玻璃，因為玻璃的熱膨脹率比傳統基板低，是一種穩定的材料，而且對我們使用的雷射來說是透明的。”

科學家使用商用飛秒雷射在玻璃上蝕刻出特殊的瀏海，以便精確放置雷射器的重要組件。即使是微米級精度的製造，瀏海和組件本身的精度也不足以達到雷射品質的對準。換句話說，反射鏡還沒有完全對準，因此在這個階段，他們的玻璃裝置還不能作為雷射器使用。

使用蝕刻技術製造GigaFemto 雷射。圖片來源：Jamani Caillet / EPFL

科學家也從先前的研究中了解到，他們可以使玻璃局部膨脹或收縮。為什麼不用這種技巧來調整反射鏡的排列方式呢？

因此，最初的蝕刻設計是讓一面鏡子位於一個瀏海中，瀏海中的微機械撓性設計可以在飛秒雷射照射時局部攪拌鏡子。這樣，商用飛秒雷射就能被第二次使用，這次是為了校準反射鏡，並最終製造出穩定的小型飛秒雷射。

Bellouard 說：”這種利用雷射與物質相互作用對自由空間光學元件進行永久對準的方法可以擴展到各種光學電路，對準分辨率極高，可達亞奈米級。”

應用及其他

Galatea 實驗室正在進行的研究計畫將探索如何在量子光學系統組裝中使用這項技術，從而突破目前可實現的微型化和對準精度的極限。

對準過程仍由人類操作員監督，透過練習，可能需要幾個小時才能完成。儘管雷射體積很小，但其峰值功率可達約千瓦，發射脈衝的時間不到200 飛秒，僅夠光穿過人的頭髮。

這項新穎的飛秒雷射技術將由Cassio-P 公司推出，該公司將由Galatea 實驗室的Antoine Delgoffe 領導。

Bellouard總結道：”飛秒雷射是可以自我複製的，那是否意味著我們已經到了自我克隆製造設備的階段？”