近期，中國科學院合肥物質院安光所梁勖研究員團隊在準分子激光器的超緊湊系統設計及其應用研究中取得新突破。團隊成功設計出一種基于電流體動力學（Electrohydrodynamics，EHD）原理的新型超緊湊準分子激光器，相關研究成果以 “Electrohydrodynamic excimer laser: ultra-compact system and laser energy performance dynamics”（基于電流體循環的準分子激光器：超緊湊系統設計與激光能量動態特性分析）為題，發表于光學領域國際知名期刊《應用物理快報-光子學》（APL Photonics）。

準分子激光器作為深紫外波段的核心光源，在科學探索和工程應用領域中具有特殊應用。在野外環境、海洋探索和機載任務中，各種復雜應用場景又對光源系統提出了新的設計需求，如小型化、減少機械振動和高可靠性等。然而，現今準分子激光光源主要是依賴結構復雜的機械氣體泵實現介質循環，所以存在體積龐大、機械振動顯著以及噪聲強烈等問題，這些問題已成為限制準分子激光器在復雜環境中發展應用的關鍵障礙，尚未能有效解決。

為突破技術難點，研究團隊創新性地采用多針電暈放電EHD泵取代傳統的機械泵系統進行介質驅動循環，使激光系統展現出優越的結構緊湊性（實現體積僅為?130mm×300mm）。通過設計一種高效的非侵入式點式紋影流速測量方法，實測激光器內部介質流速可達1.27m/s，在百赫茲重復頻率下氣體更新率高達 6.35，實現脈沖能量大于2mJ，且不穩定性最低控制在1%范圍內，有效突破了準分子激光在復雜環境下應用所面臨的技術瓶頸。

此外，在該超緊湊準分子激光研究過程中，觀測到低能量范圍內的脈沖能量“爆發”性轉變現象。基于高維XeCl反應網絡的動力學分析，研究證實該轉變特征源于閾值驅動的光子通量爆發過程，從而揭示了宏觀激光能量轉變背后的微觀機制。在此基礎上，研究人員構建了一種具有可解釋性的機器學習預測模型，能夠預測超緊湊型準分子激光器在更寬參數范圍內的脈沖能量及其轉變現象，為超緊湊準分子激光系統的優化調控提供了理論依據與技術支撐。

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。本研究獲得了國家重點研發計劃、中國科學院科研儀器設備研制等項目的資助。

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

圖 基于電流體動力學原理的超緊湊型準分子激光器

圖 超緊湊型XeCl激光器的能量轉變現象及其預測