超短脈沖激光技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種強(qiáng)有力的新工具

在過(guò)去20年里，飛秒激光是激光技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種強(qiáng)有力的新工具。這樣短的飛秒脈沖，已經(jīng)在4fs以?xún)?nèi)。1飛秒(fs)，即10-15s，僅為1,1。若以10fs為幾何平均數(shù)來(lái)測(cè)量宇宙，則其壽命僅為1分鐘；飛秒脈沖如此強(qiáng)大，利用多階段唧唧脈沖放大(CPA)技術(shù)獲得的最大脈沖峰值功率達(dá)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(qiáng)度比把太陽(yáng)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(duì)是人類(lèi)的奇跡。

在過(guò)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(tài)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(jìn)步是獲得超飛秒脈沖變得更加容易。在過(guò)去10年中，超高速(超高速)技術(shù)已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)步。目前，鈦寶石激光器以及光纖激光器都使得這類(lèi)(飛秒激光器)激光器簡(jiǎn)單、穩(wěn)定。如今，人們已經(jīng)能買(mǎi)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(gè)盒子里。采用光纖飛秒激光作為種子源，不需調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)，構(gòu)成了世界上獨(dú)一無(wú)二的、超穩(wěn)定、超緊湊的CPA2000系列鈦寶石唧唧脈沖放大系統(tǒng)。本實(shí)用系統(tǒng)不需要專(zhuān)業(yè)的飛秒飛行操作，可廣泛用于科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)。

從飛秒激光超短超強(qiáng)特性出發(fā)，應(yīng)用研究領(lǐng)域通常可以劃分為超快瞬變現(xiàn)象和超速現(xiàn)象研究。并隨激光脈寬縮短、脈沖能量增大而加深和發(fā)展。

用飛秒脈沖激光作為光源，形成多種光譜時(shí)間分辨率技術(shù)和抽運(yùn)檢測(cè)技術(shù)是最直接的應(yīng)用。其發(fā)展直接推動(dòng)了物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、材料、信息等學(xué)科進(jìn)入微觀超快過(guò)程領(lǐng)域，創(chuàng)造了飛秒化學(xué)、量子控制化學(xué)、半導(dǎo)體相關(guān)光譜學(xué)等新領(lǐng)域。飛秒脈沖激光激光和納米顯微技術(shù)，可以研究半導(dǎo)體的納米結(jié)構(gòu)(量子線(xiàn)、量子點(diǎn)和納米晶體)。生物領(lǐng)域中，人們利用飛秒激光技術(shù)提供的差分吸收光譜和泵/探測(cè)技術(shù)，來(lái)研究光合反應(yīng)中心的傳遞與電荷分離過(guò)程。超短脈沖激光束還用于信息的傳遞、加工和儲(chǔ)存。

1988年，第一臺(tái)用脈沖放大技術(shù)完成了第一臺(tái)臺(tái)式太瓦激光器的研制工作，從1988年開(kāi)始，標(biāo)志著實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)超超強(qiáng)光進(jìn)行了飛秒超強(qiáng)物理研究。目前，超短激光場(chǎng)的作用已與原子中電子的束束場(chǎng)相等或遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)，微擾論已無(wú)法成立，因此需要進(jìn)一步發(fā)展新的理論處理。利用1020W/cm2的光強(qiáng)，可以研究模擬天體的物理現(xiàn)象。熱電子產(chǎn)生的超強(qiáng)激光(200keW/cm2熱電子(200keV)。

另外一種重要的應(yīng)用領(lǐng)域是飛秒激光。一般情況下，激光脈沖的持續(xù)時(shí)間超過(guò)10皮秒(相當(dāng)于熱傳導(dǎo)時(shí)間)是一種長(zhǎng)脈沖，它是加工材料所用。熱工效應(yīng)會(huì)改變周?chē)牧希瑥亩绊懠庸ぞ取Ｃ}寬僅千萬(wàn)億分之一秒，飛秒激光脈沖具有特殊的熔化范圍小或無(wú)加工孔徑等特殊的材料加工性能；金屬，可以對(duì)各種材料進(jìn)行微機(jī)加工、雕刻，如半導(dǎo)體、透明材料甚至生物組織；加工面積可以小于對(duì)焦，繞射極限等等。現(xiàn)在，一些汽車(chē)制造商和重型設(shè)備制造廠(chǎng)都在研究用飛秒激光來(lái)制造更好的發(fā)動(dòng)機(jī)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(kāi)的美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)議上說(shuō)，IBM已經(jīng)將一個(gè)飛秒激光系統(tǒng)應(yīng)用于大型集成電路芯片的光刻過(guò)程，幾乎無(wú)熱傳輸?shù)娘w秒激光切割。

可以肯定地說(shuō)，隨著超短脈沖激光技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，以及進(jìn)一步提高高可靠性的飛秒激光技術(shù)，必將在更多領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。