飞秒激光器

激光曾被视为神秘之光，并已被人类广泛使用。近年来，科学家研究发现了一种更为奇特的激光——飞秒激光。飞秒（femtosecond）也叫毫微微秒，简称fs，是标衡时间长短的一种计量单位，飞秒激光是人类目前在实验室条件下所能获得Z短脉冲的技术手段。飞秒激光在瞬间发出的巨大功率比全世界发电总功率还大，已有所应用，科学家预测飞秒激光将为下世纪新能源的产SF挥重要作用。

飞秒激光

飞秒激光具有以下几个特点：首先是飞秒激光持续的时间及其短，只有几个飞秒，它比利用电子学方法所获得的Z短脉冲还要短几千倍，是人类目前在实验条件下所能获得的Z短脉冲；其次是飞秒激光具有非常高的瞬时功率，可以达到百万亿瓦，比目前全世界发电总功率还要多出上百倍；再次是飞秒激光能聚焦到比头发的直径还要小的空间区域内，使电磁场的强度比原子核对其周围电子的作用力还要高出数倍，而其中许多的极端物理条件是地球上所不存在的，以及用其他的方法也不可能得到的。由于飞秒激光的峰值功率超高，经过聚焦后，其光强能达到 1022W/cm2量级。这样的强度远超过原子内部相互作用库伦场，所以，飞秒激光脉冲能轻易将电子脱离原子的束缚，形成等离子体。例如，氢原子的库伦场强为 5×1011V/m，而 1m J 的飞秒激光脉冲经过聚焦后，能达到 1012V/m 量级，所以能使氢原子电离。

飞秒激光器特点

1、飞秒激光是我们人类目前在实验条件下能够获得的Z短脉冲，它的精确度是± 5 微米;

2、飞秒激光有非常高的瞬间功率，它的瞬间功率可达百万亿瓦，比全世界的发电总功率还要多出上百倍;

3、物质在飞秒激光的作用下会产生非常奇特的现象，气态的物质、液态的物质、固态的物质瞬间都会变成等离子体;

4、飞秒激光具有精确的靶向聚焦定位特点，能够聚焦到比头发的直径还要小的多的超细微空间区域;

5、用飞秒激光进行手术，没有热效应和冲击波，在整个光程中都不会有组织损伤。

飞秒激光器的结构

高功率飞秒激光系统由四部分组成：振荡器、展宽器、放大器和压缩器。通过锁模技术将激光能量压缩到如此短的瞬间，再配合啁啾脉冲放大技术(CPA)，可以得到极高瞬间功率的输出激光，其激光的电场强度可以超过原子内原子核和电子之间的电场强度，可用于产生一些极端的物理条件，如天体中物理现象的模拟。

飞秒激光器的应用

飞秒脉冲激光的Z直接应用是人们利用它作为光源,形成多种时间分辨光谱技术和泵浦/探测技术。它的发展直接带动物理、化学、生物、材料与信息科学的研究进进微观超快过程领域, 并开创了一些全新的研究领域, 如飞秒化学、量子控制化学、半导体相干光谱等。飞秒脉冲激光与纳米显微术的结合, 使人们可以研究半导体的纳米结构(量子线、量子点和纳米晶体)中的载流子动力学。在生物学方面,人们正在利用飞秒激光技术所提供的差异吸收光谱、泵浦/探测技术, 研究光合作用反应ZX的传能、转能与电荷分离过程。超短脉冲激光还被应用于信息的传输、处理与存贮方面。

飞秒激光的另一个重要的应用就是微精细加工。通常，按激光脉冲标准来说，持续时间大于10皮秒（相当于热传导时间）的激光脉冲属于长脉冲，用它来加工材料，由于热效应使四周材料发生变化，从而影响加工精度。而脉冲宽度只有几千万亿分之一秒的飞秒激光脉冲则拥有独特的材料加工特性，如加工孔径的熔融区很小或者没有；可以实现多种材料，如金属、半导体、透明材料内部甚至生物组织等的微机械加工、雕刻；加工区域可以小于聚焦尺寸，突破衍射极限等等。一些汽车制造厂和重型设备加工厂目前正研究用飞秒激光加工更好的发动机喷油嘴。使用超短脉冲激光，可在金属上打出几百纳米宽的小孔。