飞秒激光

激光曾被视为神秘之光，现已被人类广泛使用，近年来，科学家研究发现了一种更为奇特的光——飞秒激光，飞秒激光是人类目前在实验室条件下所能获得最短脉冲的技术手段，它在瞬间发出的巨大功率比全世界发电总功率还大，科学家预测飞秒激光将为下世纪新能源的产生发挥重要作用，尽管激光的历史还不到40年，但它已是目前人类观察发现微观世界、揭示超快运动过程的重要手段。

飞秒激光是一种以脉冲形式运转的激光，持续时间非常短，只有几个飞秒，一飞秒就是10^-15秒，也就是1000万亿分之一秒，它比利用电子学方法所获得的最短脉冲要短几千倍，是人类目前在实验条件下所能获得的最短脉冲，这是飞秒激光的第一个特点，飞秒激光的第二个特点是具有非常高的瞬时功率，可达到百万亿瓦，比目前全世界发电总功率还要多出百倍，飞秒激光的第三个特点是，它能聚焦到比头发的直径还要小的空间区域，使电磁场的强度比原子核对其周围电子的作用力还要高数倍。

飞秒激光的这些特性是如何实现的呢?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，在振荡器内，利用一种特殊技术获得飞秒激光脉冲，展宽器将这个飞秒种子脉冲按不同波长在时间上拉开，放大器使这一展宽的脉冲获得充分能量，压缩器把放大后的不同成分的光谱再会聚到一起，恢复到飞秒宽度，从而形成具有极高瞬时功率的飞秒激光脉冲。

飞秒激光有什么用途呢?众所周知，物质是由分子和原子组成的，但是它们不是静止的，都在快速地运动着，这是微观物质的一个非常重要的基本属性，飞秒激光的出现使人类第一次在原子和电子的层面上观察到这一超快运动过程，基于这些科学上的发现，飞秒激光在物理学、生物学、化学控制反应、光通讯等领域中得到了广泛应用，特别值得提出的是，由于飞秒激光具有快速和高分辨率特性，它在病变早期诊断、医学成像和生物活体检测、外科医疗及超小型卫星的制造上都有其独特的优点和不可替代的作用。

物质在高强度飞秒激光的作用下会出现非常奇特的现象：气态、液态、固态的物质瞬息间变成了等离子体，这种等离子体可以辐射出各种波长的射线的激光，高功率飞秒激光与电子束碰撞能够产生硬X射线飞秒激光、β射线激光、正负电子对。

高功率飞秒激光在医学、超精细微加工、高密度信息储存和记录方面都有着很好的发展前景，高功率飞秒激光还可以将大气击穿，从而制造放电通道，实现人工引雷，避免飞机、火箭、发电厂因天然雷击而造成灾难性破坏，利用飞秒激光能够非常有效地加速电子，使加速器的规模得到上千倍的压缩，高功率飞秒激光与物质相互作用，能够产生足够数量的中子，实现激光受控核聚变的快速点火，从而为人类发现新一代能源开辟了一条崭新的途径。