超短脈沖激光技術發展起來的一種強有力的新工具

在過去20年里，飛秒激光是激光技術發展起來的一種強有力的新工具。這樣短的飛秒脈沖，已經在4fs以內。1飛秒(fs)，即10-15s，僅為1,1。若以10fs為幾何平均數來測量宇宙，則其壽命僅為1分鐘；飛秒脈沖如此強大，利用多階段唧唧脈沖放大(CPA)技術獲得的最大脈沖峰值功率達到100太瓦(TW)。這就是1012W，甚至是1015W的拍瓦(PW，也就是1015W)，它的聚焦強度比把太陽輻射到地球上的所有光聚焦到針尖大小之后更高。飛秒激光絕對是人類的奇跡。

在過去的20年里，從染料激光到克爾鏡鎖模的鈦寶石飛秒激光，以及二極管泵浦的全固態飛秒激光和飛秒光纖激光，使脈沖寬度和能量記錄不斷刷新，但最大的進步是獲得超飛秒脈沖變得更加容易。在過去10年中，超高速(超高速)技術已經取得了顯著的進步。目前，鈦寶石激光器以及光纖激光器都使得這類(飛秒激光器)激光器簡單、穩定。如今，人們已經能買到這種激光器，但10年前，你必須自己建造例如，所有高功率飛秒脈沖的所有部件都整合在一個盒子里。采用光纖飛秒激光作為種子源，不需調節設計，構成了世界上獨一無二的、超穩定、超緊湊的CPA2000系列鈦寶石唧唧脈沖放大系統。本實用系統不需要專業的飛秒飛行操作，可廣泛用于科學研究和工業生產。

從飛秒激光超短超強特性出發，應用研究領域通常可以劃分為超快瞬變現象和超速現象研究。并隨激光脈寬縮短、脈沖能量增大而加深和發展。

用飛秒脈沖激光作為光源，形成多種光譜時間分辨率技術和抽運檢測技術是最直接的應用。其發展直接推動了物理學、化學、生物學、材料、信息等學科進入微觀超快過程領域，創造了飛秒化學、量子控制化學、半導體相關光譜學等新領域。飛秒脈沖激光激光和納米顯微技術，可以研究半導體的納米結構(量子線、量子點和納米晶體)。生物領域中，人們利用飛秒激光技術提供的差分吸收光譜和泵/探測技術，來研究光合反應中心的傳遞與電荷分離過程。超短脈沖激光束還用于信息的傳遞、加工和儲存。

1988年，第一臺用脈沖放大技術完成了第一臺臺式太瓦激光器的研制工作，從1988年開始，標志著實驗室內對超超強光進行了飛秒超強物理研究。目前，超短激光場的作用已與原子中電子的束束場相等或遠遠超過，微擾論已無法成立，因此需要進一步發展新的理論處理。利用1020W/cm2的光強，可以研究模擬天體的物理現象。熱電子產生的超強激光(200keW/cm2熱電子(200keV)。

另外一種重要的應用領域是飛秒激光。一般情況下，激光脈沖的持續時間超過10皮秒(相當于熱傳導時間)是一種長脈沖，它是加工材料所用。熱工效應會改變周圍材料，從而影響加工精度。脈寬僅千萬億分之一秒，飛秒激光脈沖具有特殊的熔化范圍小或無加工孔徑等特殊的材料加工性能；金屬，可以對各種材料進行微機加工、雕刻，如半導體、透明材料甚至生物組織；加工面積可以小于對焦，繞射極限等等。現在，一些汽車制造商和重型設備制造廠都在研究用飛秒激光來制造更好的發動機噴嘴。用超短脈沖激光可以在金屬表面形成幾百納米寬的微孔。IBM的Hitt在最近在奧蘭多召開的美國光學學會會議上說，IBM已經將一個飛秒激光系統應用于大型集成電路芯片的光刻過程，幾乎無熱傳輸的飛秒激光切割。

可以肯定地說，隨著超短脈沖激光技術的進一步發展，以及進一步提高高可靠性的飛秒激光技術，必將在更多領域得到更廣泛的應用。