飛秒激光

激光曾被視為神秘之光，并已被人類(lèi)廣泛使用.近年來(lái)，科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)了一種更為奇特的光——飛秒激光.飛秒激光是人類(lèi)目前在實(shí)驗(yàn)室條件下所能獲得最短脈沖的技術(shù)手段.它在瞬間發(fā)出的巨大功率比全世界發(fā)電總功率還大.科學(xué)家預(yù)測(cè)飛秒激光將為將來(lái)新能源的產(chǎn)生發(fā)揮重要作用.激光的歷史還不到40年，是目前人類(lèi)觀察發(fā)現(xiàn)微觀世界，揭示超快運(yùn)動(dòng)過(guò)程的重要手段.而且眾多科學(xué)技術(shù)的研究因此獲得了突破性發(fā)展.

飛秒激光是一種以脈沖形式運(yùn)轉(zhuǎn)的激光，持續(xù)時(shí)間非常短，只有幾個(gè)飛秒，1飛秒就是10-15秒，它比利用電子學(xué)方法所獲得的最短脈沖要短幾千倍，是人類(lèi)目前在實(shí)驗(yàn)條件下所能獲得的最短脈沖.這是飛秒激光的第一個(gè)特點(diǎn).飛秒激光的第二個(gè)特點(diǎn)是具有非常高的瞬時(shí)功率，可達(dá)到百萬(wàn)億瓦，比目前全世界發(fā)電總功率還要多出百倍.飛秒激光的第三個(gè)特點(diǎn)是，它能聚焦到比頭發(fā)的直徑還要小的空間區(qū)域，使電磁場(chǎng)的強(qiáng)度比原子核對(duì)其周?chē)娮拥淖饔昧€要高數(shù)倍.

飛秒激光的這些特性是如何實(shí)現(xiàn)的呢？高功率飛秒激光系統(tǒng)由四部分組成：振蕩器、展寬器、放大器和壓縮器.在振蕩器內(nèi)，利用一種特殊技術(shù)獲得飛秒激光脈沖；展寬器將這個(gè)飛秒脈沖按不同波長(zhǎng)在時(shí)間上拉開(kāi)；放大器使這一展寬的脈沖獲得充分能量；壓縮器把放大后的不同成分的光譜再會(huì)聚到一起，恢復(fù)到飛秒寬度，從而形成具有極高瞬時(shí)功率的飛秒激光脈沖.

飛秒激光有什么用途呢？眾所周知，物質(zhì)是由分子和原子組成的，但是它們不是靜止的，都在快速地運(yùn)動(dòng)著，這是微觀物質(zhì)的一個(gè)非常重要的基本屬性.飛秒激光的出現(xiàn)使人類(lèi)第一次在原子和電子的層面上觀察到這一超快運(yùn)動(dòng)過(guò)程.基于這些科學(xué)上的發(fā)現(xiàn)，飛秒激光在物理學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)控制反應(yīng)、光通訊等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用.特別值得提出的是，由于飛秒激光具有快速和高分辨率特性，它在病變?cè)缙谠\斷、醫(yī)學(xué)成像和生物活體檢測(cè)、外科醫(yī)療及超小型衛(wèi)星的制造上都有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和不可替代的作用.

物質(zhì)在高強(qiáng)度飛秒激光的作用下會(huì)出現(xiàn)非常奇特的現(xiàn)象：氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)的物質(zhì)瞬息間變成了等離子體.這種等離子體可以輻射出各種波長(zhǎng)的射線(xiàn)激光.高功率飛秒激光與電子束碰撞能夠產(chǎn)生X射線(xiàn)飛秒激光，產(chǎn)生β射線(xiàn)激光，產(chǎn)生正負(fù)電子對(duì).

高功率飛秒激光在醫(yī)學(xué)、超精細(xì)微加工、高密度信息儲(chǔ)存和記錄方面都有著很好的發(fā)展前景.高功率飛秒激光還可以將大氣擊穿，從而制造放電通道，實(shí)現(xiàn)人工引雷，避免飛機(jī)、火箭、發(fā)電廠(chǎng)因天然雷擊而造成的災(zāi)難性破壞.利用飛秒激光能夠非常有效地加速電子，使加速器的規(guī)模得到上千倍的壓縮.高功率飛秒激光與物質(zhì)相互作用，能夠產(chǎn)生足夠數(shù)量的中子，實(shí)現(xiàn)激光受控核聚變的快速點(diǎn)火，從而為人類(lèi)實(shí)現(xiàn)利用新一代能源開(kāi)辟一條嶄新的途徑.