飛秒激光的發(fā)展歷史與應(yīng)用

飛秒激光是過(guò)去20年間由激光科學(xué)發(fā)展起來(lái)的最強(qiáng)有力的新工具之一。飛秒脈沖是如此的短，目前已經(jīng)達(dá)到了4fs以內(nèi)（可見(jiàn)光-近紅外波段）。1飛秒（fs） ,即10-15s ,僅僅是1千萬(wàn)億分之一秒，如果將10fs作為幾何平均來(lái)衡量宇宙，其壽命僅不過(guò)1min而已；飛秒脈沖又是如此之強(qiáng)，采用多級(jí)啁啾脈沖放大（CPA）技術(shù)獲得的最大脈沖峰值功率可達(dá)到百太瓦（TW，即1012W）甚至拍瓦（PW，即1015W）量級(jí)，其可聚焦強(qiáng)度比將太陽(yáng)輻射到地球上的全部光聚焦成針尖般大小后的能量密度還要高。飛秒激光完全是人類創(chuàng)造的奇跡。

近二十年來(lái)，從染料激光器到克爾透鏡鎖模的鈦寶石飛秒激光器，以及后來(lái)的二極管泵浦的全固態(tài)飛秒激光器和飛秒光纖激光器，雖然說(shuō)飛秒激光的脈沖寬度和能量的記錄在不斷刷新，但最大進(jìn)展莫過(guò)于獲得超飛秒脈沖變得輕而易舉了。桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的R.Trebino說(shuō):"過(guò)去10年中, （超快）技術(shù)已有顯著改善, 鈦藍(lán)寶石激光器和現(xiàn)在的光纖激光器正在使這種(飛秒) 激光器的運(yùn)轉(zhuǎn)變得簡(jiǎn)潔和穩(wěn)定。這種激光器現(xiàn)在人們已可買到, 而10年前, 你卻必須自己建立。"比如，著名的飛秒激光系統(tǒng)生產(chǎn)商美國(guó)Clark-MXR公司將產(chǎn)生高功率飛秒脈沖的所有部件全部集成到一個(gè)箱子里，采用摻鉺光纖飛秒激光器作為種子源，加上無(wú)需調(diào)整（NO Tweak）的特殊設(shè)計(jì)，形成了世界上獨(dú)一無(wú)二，超穩(wěn)定、超緊湊的CPA2000系列鈦寶石啁啾脈沖放大系統(tǒng)。這種商品化的系統(tǒng)不需要飛秒專家來(lái)操作，完全可以廣泛應(yīng)用于科研和工業(yè)上的許多領(lǐng)域里。

根據(jù)飛秒激光超短和超強(qiáng)的特點(diǎn)，大體上可以將應(yīng)用研究領(lǐng)域分成超快瞬態(tài)現(xiàn)象的研究和超強(qiáng)現(xiàn)象的研究。它們都是隨著激光脈沖寬度的縮短和脈沖能量的增加而不斷的得以深入和發(fā)展。

飛秒脈沖激光的最直接應(yīng)用是人們利用它作為光源,形成多種時(shí)間分辨光譜技術(shù)和泵浦/探測(cè)技術(shù)。它的發(fā)展直接帶動(dòng)物理、化學(xué)、生物、材料與信息科學(xué)的研究進(jìn)入微觀超快過(guò)程領(lǐng)域, 并開(kāi)創(chuàng)了一些全新的研究領(lǐng)域, 如飛秒化學(xué)、量子控制化學(xué)、半導(dǎo)體相干光譜等。飛秒脈沖激光與納米顯微術(shù)的結(jié)合, 使人們可以研究半導(dǎo)體的納米結(jié)構(gòu)(量子線、量子點(diǎn)和納米晶體)中的載流子動(dòng)力學(xué)。在生物學(xué)方面,人們正在利用飛秒激光技術(shù)所提供的差異吸收光譜、泵浦/探測(cè)技術(shù), 研究光合作用反應(yīng)中心的傳能、轉(zhuǎn)能與電荷分離過(guò)程。超短脈沖激光還被應(yīng)用于信息的傳輸、處理與存貯方面。