2020年11月24日，维也纳理工大学与哈佛大学合作研究产生了一种新的激光方法，提高了中红外脉冲激光的实用性和可用性。能够产生短脉冲和强脉冲的红外激光器在分子探测等应用中非常理想，尽管它们的制造是历史问题。这种新方法不需要大的实验装置，而且很容易小型化。
图1. 合作团队成员
维也纳大学固态电子研究所的Johannes Hillbrand说，研究人员首先使用在纳米中心制造的特制量子级联激光器（QCLs）产生中红外范围的激光，普通激光器的特定波长取决于构成材料的原子。然而，在QCLs中，可以设计和操纵纳米范围内的微小结构来调节光的波长。
维也纳理工大学助理教授Benedikt Schwarz说：“我们的量子级联激光器不仅能传送单一颜色的光，而且能传送各种不同频率的光。这些频率的排列非常有规律，它们之间的距离总是相同的，就像梳齿一样。因此，这种频谱被称为频率梳。”
频率并不是唯一的决定因素。相位也是一个考虑因素。Hillbrand说：“你可以把这个比作用橡皮筋连接的两个钟摆。它们可以前后摆动，完全平行，也可以相反，这样它们就可以相互摆动，也可以相互远离。这两种振动模式的频率略有不同。”
在激光中，频率梳的单个光波可以同步振荡，然后相互叠加，产生短而强的激光脉冲。它们的振荡也可以是交错的，在这种情况下，产生的光几乎是连续的，而不是脉冲。
Hillbrand说：“在量子级联激光器中，以前很难在这两种变体之间来回切换。然而，我们在我们的量子级联激光器中制造了一个微小的调制器，光波一次又一次地经过它。”
在新系统中，一个交流电压被施加到调制器上。根据电压的频率和强度，可以激发不同的光振荡。Schwarz说：“如果你以正确的频率驱动这个调制器，你就能实现我们的频率梳的不同频率完全同步振荡。这使得将这些频率合成短而强的激光脉冲成为可能——每秒超过120亿次。”Schwarz还强调，这项技术还有另外的优势，因为它可以小型化。他说：“人们可以用它来制造紧凑的测量仪器，用这些特殊的激光束来搜索气体样本中非常特殊的分子。”
这项研究发表在《Nature Communications》上。
