前言：飛秒激光的特點(diǎn)：脈沖寬度短，脈沖峰值功率高犹菱，覆蓋頻譜范圍廣拾稳。
飛秒激光的簡(jiǎn)介
前言：飛秒激光的特點(diǎn)：脈沖寬度短访得，脈沖峰值功率高，覆蓋頻譜范圍廣陕凹。
一悍抑、飛秒激光的簡(jiǎn)介
飛秒激光脈沖的持續(xù)時(shí)間10-15 s,即飛秒（Femtosecond——fs），它相當(dāng)于電子纏繞原子核半周的時(shí)間杜耙，以光速計(jì)算搜骡，在1 fs的時(shí)間內(nèi)，光傳播了0.3 um佑女，可見(jiàn)飛秒這一單位的時(shí)間之微记靡。這樣微小的時(shí)間在我們所看到的宏觀s界里是無(wú)法找到它的蹤跡的。但是团驱，在由基本粒子所組成的微觀s界里摸吠，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變常常發(fā)生在飛秒這樣較短的時(shí)刻，如分子的能量轉(zhuǎn)移店茶、化學(xué)鍵的破裂和形成蜕便、原子的橫向弛豫和縱向弛豫，半導(dǎo)體中載流子的激發(fā)和復(fù)合等贩幻。正是由于這個(gè)緣故轿腺，在飛秒激光誕生后的相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)两嘴，飛秒激光主要是用來(lái)研究物理、化學(xué)領(lǐng)域微觀過(guò)程超快現(xiàn)象的一個(gè)技術(shù)族壳，從而在物理憔辫、化學(xué)和生物領(lǐng)域完成了大量的超快過(guò)程的研究，發(fā)現(xiàn)了大量的新的超快現(xiàn)象仿荆，解釋了大量原子贰您、分子微觀運(yùn)動(dòng)規(guī)律，成為多個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科研究領(lǐng)域中相當(dāng)引人矚目并獲得累累成果的研究方向拢操。
二锦亦、飛秒激光的功率
飛秒激光的峰值功率是指脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)所具有的瞬時(shí)功率，即E/r令境，E為飛秒脈沖包絡(luò)內(nèi)所攜帶的能量杠园，r為飛秒脈沖包絡(luò)的j大值一半所應(yīng)對(duì)的時(shí)間寬度。由于r為極短的10-15 s量級(jí)舔庶，即使其攜帶的能量為毫焦耳量級(jí)（10-3 J）,其峰值功率也高達(dá)1012 W(TW抛蚁，太瓦)以上。目前的飛秒激光放大系統(tǒng)可以輸出高達(dá)1015 W（即PW惕橙，拍瓦）峰值功率的飛秒激光瞧甩。如此強(qiáng)峰值功率的飛秒激光脈沖，聚焦之后其焦點(diǎn)區(qū)域內(nèi)所具有的電場(chǎng)強(qiáng)度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)原子和對(duì)其價(jià)電子的庫(kù)侖力弥鹦。在其作用下肚逸，任何固態(tài)和氣態(tài)物質(zhì)都會(huì)在瞬間變成等離子體。由此發(fā)展起來(lái)的超快強(qiáng)激光物理正在形成強(qiáng)場(chǎng)物理研究領(lǐng)域一個(gè)新的分支惶凝，并被應(yīng)用到激光受控核聚變吼虎、同步輻射加速器等大科學(xué)工程中。正在興起的飛秒激光微納精細(xì)加工技術(shù)苍鲜，也正是利用了飛秒激光超高峰值功率這一特點(diǎn)思灰，在晶格熱傳導(dǎo)過(guò)程還來(lái)不及發(fā)生時(shí)，飛秒激光已經(jīng)在微納尺度內(nèi)完成去除物質(zhì)或使其改性的物理過(guò)程后混滔，揚(yáng)長(zhǎng)而去洒疚。
圖1.飛秒激光器外觀圖紙
三、飛秒激光的波長(zhǎng)
當(dāng)前由飛秒激光器直接輸出的波長(zhǎng)主要集中在0.8-1.5 um的近紅外波段坯屿，但是由它激發(fā)而產(chǎn)生的飛秒激光脈沖激光卻覆蓋了從X射線到太赫茲這一廣闊領(lǐng)域油湖，利用強(qiáng)飛秒激光和電子束相互作用的湯姆遜散射效應(yīng)，可以產(chǎn)生相干的硬X射線领跛，波長(zhǎng)達(dá)0.4 ?乏德。飛秒強(qiáng)激光與惰性氣體原子相互作用而引發(fā)的高次諧波，可獲得軟X波段的相干輻射，波長(zhǎng)可覆蓋十納米至幾納米喊括。飛秒激光在晶體中的二倍頻胧瓜、四倍頻、六倍頻效應(yīng)可將近紅外的飛秒激光變換至可見(jiàn)郑什、紫外府喳、極紫外和真空紫外，直至150 nm蘑拯，與高次諧波的軟X波段相接钝满。利用飛秒激光在晶體中的參量振蕩和參量放大過(guò)程中，可以在近紅外申窘，甚至紅外波段實(shí)現(xiàn)寬頻譜范圍的調(diào)諧弯蚜。除此之外，利用飛秒激光在非線性介質(zhì)中的傳輸偶洋，可以發(fā)生自相位調(diào)制熟吏，四波混頻，孤子自頻移和超連續(xù)等多種非線性效應(yīng)玄窝，這些效應(yīng)都可以使飛秒激光器輸出的光脈沖從單一波長(zhǎng)變換到紫外至紅外波段。特別值得提出的是悍引，太赫茲波這一在大分子領(lǐng)域具有應(yīng)用價(jià)值的亞毫米波長(zhǎng)的輻射恩脂，在人類征服了X射線-紫外-可見(jiàn)-紅外-無(wú)線電波的漫長(zhǎng)時(shí)間后，終于在20世紀(jì)80年代趣斤，借助飛秒激光技術(shù)俩块，實(shí)現(xiàn)了10 um-3 mm波段的相干輻射。飛秒激光覆蓋光譜范圍較廣的另一層含義是浓领，飛秒脈沖內(nèi)包含著數(shù)量較大的分立的相干光譜成分玉凯。一個(gè)脈沖寬度數(shù)十飛秒的脈沖可以包含高達(dá)百萬(wàn)個(gè)頻譜成分，相當(dāng)于上百萬(wàn)個(gè)具有不同中心波長(zhǎng)的保持相等頻率間隔的連續(xù)波激光器联贩。
圖2.飛秒激光器在切割材料示意圖
結(jié)語(yǔ)：高功率飛秒激光在醫(yī)學(xué)漫仆、超精細(xì)微加工、高密度信息存儲(chǔ)和記錄方面都有著很好的發(fā)展前景泪幌。高功率飛秒激光還可以將大氣擊穿盲厌，從而制造放電通道，實(shí)現(xiàn)人工引雷祸泪。利用飛秒激光能夠非常有效地加速電子吗浩，使加速器的規(guī)模得到上千倍的壓縮。此外没隘，高功率飛秒激光與物質(zhì)相互作用懂扼，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)火右蒲，從而為人類實(shí)現(xiàn)新一代能源開(kāi)辟一條嶄新的途徑阀湿。
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