近日，中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室的科研团队在宽带可调谐长波红外（LWIR）飞秒激光的产生方面取得了重要进展，相关研究成果以“5-13.5 µm broadband tunable long-wave infrared femtosecond laser”为题，发表在《应用物理快报-光子学》（APL Photonics）上。该研究结合了光学参量放大和差频产生技术，在长波红外波段实现了最高43微焦的宽带可调谐飞秒激光输出，这为未来的应用提供了全新的可能性。
长波红外飞秒激光作为一种新兴的激光技术，在燃烧检测、光谱吸收和化学反应分析等领域展现出巨大的应用潜力。由于其在生物组织中的穿透能力，长波红外飞秒激光也被广泛应用于医学成像、手术及精密加工中，能够实现高效且低热损伤的效果。此外，其在多光子显微成像领域的高空间分辨率表现，使得长波红外飞秒激光在生物医学与材料科学中的应用前景愈发广阔。
此次研究的创新之处在于将光学参量放大（OPA）与差频产生（DFG）技术有效结合。研究团队以光学参量放大作为第一阶段调节，随后利用差频产生进行第二阶段调节。这种方法不仅提高了激光输出的能量，还扩展了调谐范围。得益于BGSe晶体在差频过程中的超宽透过范围和较高的非线性系数，该装置成功实现了在7.8微米处的43微焦输出能量，并在5到13.5微米的整个光谱范围内保持脉冲能量输出超过10微焦，平均功率更是超过了10毫瓦。
通过电光采样方法，研究团队对激光脉冲的特性进行了深入分析，发现中心波长为8.3微米处的脉冲持续时间为72飞秒，这一特性使得其在快速光学实验中具备极大的应用潜力。该装置实现了超宽调谐范围与高能量输出的有机结合，为各类科研和工业应用提供了强有力的支持。
长波红外飞秒激光的广泛应用前景不仅体现在科研领域，更在医疗和工业检测等应用中展现出极大的实用价值。首先，在医学成像领域，该激光能有效穿透生物组织，为医生提供更清晰的成像效果，提升手术的精确度。此外，其在化学探测领域的应用，可以帮助科学家更好地分析化学反应过程，从而推动新材料的研发与应用。
在工业检测方面，由于长波红外激光能够对多种材料进行高分辨率成像，这使得其在质量控制、故障检测等环节表现出极高的效率。尤其在一些特殊材料或环境下，长波红外飞秒激光的优势更加明显，能够实现对传统检测方法无法达到的效果。
