超快激光的新前沿——阿秒科学

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1、3超快激光的新前沿)))阿秒科学苍宇魏志义张杰k中国科学院物理研究所光物理实验室北京tsss{sl摘ptxpt{要超短脉冲激光正在进行着从飞秒kt©¶ts¶l向阿秒kt¤··²¶¨¦²±§ts¶l的跨越o这一跨越对于激光原理和激光应用来说都有很重要的意义q文章通过阿秒脉冲与飞秒脉冲比较来介绍超快激光的新前沿)))阿秒科学o包括阿秒科学的诞生!现状以及由于阿秒脉冲的产生而出现的阿秒科学的概况q关键词超短脉冲激光o阿秒科学ΝΕΩΦΡΟΝΤΙΕΡΟΦΥΛΤΡΑΦΑΣΤΛΑΣΕΡΣ:ΑΤΤΟΣΕΧΟΝΔΣΧΙΕ

2、ΝΧΕ≤≠∏•∞«¬2≠¬¬¨kΛαβορατορψοφΟπτιχαλΠηψσιχσoΙνστιτυτεοφΠηψσιχσoΧηινεσεΑχαδεμψοφΣχιενχεσoΒειϕινγtsss{soΧηιναlΑβστραχτ±·«¨√¬¶¬¥¯¨¤±§±¨¤µ¬±©µ¤µ¨§µ¨ª¬²±∏¯·µ¤©¤¶·¯¤¶¨µ¶«¤√¨µ¨¤¦«¨§¤³∏¯¶¨º¬§·«²©v1z©¶oº«¬¦«¬¶¤¥²∏·²±¨³¨µ¬²§²©·«¨º¤√¨q׫¬¶«¨µ¤¯§¶·«¨±¨º¤ª¨²©¤··²¶¨¦²±

3、§³∏¯¶¨¶oº«¬¦««¤√¨¥¨¨±²¥¶¨µ√¨§¬±·«¨÷∂µ¨ª¬²±·«µ²∏ª««¬ª«2«¤µ°²±¬¦ª¨±¨µ¤·¬²±q±·«¬¶³¤³¨µo±¨º§¨√¨¯²³°¨±·¶²©∏¯·µ¤©¤¶·¯¤¶¨µ¶o·«¨³²¶¶¬¥¬¯¬·¬¨¶²©¤··²¶¨¦²±§³∏¯¶¨ª¨±¨µ¤·¬²±¤±§³²·¨±·¬¤¯¤³³¯¬¦¤·¬²±¶¤µ¨§¬¶¦∏¶¶¨§qΚεψωορδσ∏¯·µ¤¶«²µ·¯¤¶¨µ³∏¯¶¨¶o¤··²¶¨¦²±§¶¦¬¨±¦¨正如激光的发明引起了

4、光学领域的一场巨大的变和控制物质性质和状态的能力q这就使物理学研革命一样o超短脉冲激光的产生使人类探索许多未究的范围得到了极大的扩展o许多传统的物理概念知领域及发现新的物理规律的梦想成为现实q自然受到了强烈的冲击和挑战o一门崭新的学科)))强≈u 界中存在着许多以前受测量手段的时间分辨率限制场物理正在诞生q而无法认识的超快现象o如分子尺度上的运动o单分在这种情况下o阿秒脉冲的产生和应用成为人子的振动及转动o液体或晶格的振动及转动o化学键们奋斗的新目标q然而o要突破现今v1z©¶这样一个的断裂和形成都发生

5、在飞秒kt©¶tsptx¶l到皮秒对{ss±°波长的激光来说不到两个光学周期的脉宽kt³¶tsptu¶l的范围q锁模技术使激光脉宽一下子界限o无论在理论上还是实验上都面临巨大的挑战o因此o极端条件下的非线性光学和阿秒科学将是未缩短到了飞秒的数量级o终于为研究这些超快现象≈v 来几年里超快光子学中最热门的研究课题q提供了时间分辨的可能qt

6、

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8、年ous世纪末的诺贝≈t 阿秒激光脉冲在其产生和测量上究竟有哪些特尔化学奖授予了美国埃及裔科学家«°¨§¨º¤¬¯o点o现在面临的问题是什么下面结合飞秒脉冲激表彰他

9、在超快光谱和飞秒化学方面的开拓性工作q光的产生和测量对这些问题作一全面介绍q他利用基于飞秒脉冲的抽运探测技术成功地控制了化学键的断裂和成键o同时制造了一种飞秒量级的t周期量级的飞秒激光分子/照相机0o以实时检测化学反应o观察由反应物到生成物的中间态q而飞秒脉冲引出的新学科不仅根据测不准原理o极宽的光谱带宽才能支持极有超快化学o还有超快物理学和超快生物学q目前啁短的脉冲宽度o因此o要得到脉宽极窄的激光脉冲o啾脉冲放大技术的使用o使得在台面尺度实现激光必须对激光的光谱进行充分的展宽q而实现这一目tu峰值功率

10、超过tssוktוts•l成为现实q这样的超短!超强激光脉冲聚焦后所产生的电场强度大大超过了原子内的电场强度o从而使人类终于拥有3国家自然科学基金k批准号}t

11、{uxttsl资助项目usstpstpty收到初稿ousstpsvptv修回了可以彻底改变和控制物质中电子的运动并进而改vs卷kusst年ltt期#y{t#的的原理就是由自相位调制和光学克尔效应k又称非线性克尔效应o如图t所示l引起光谱展宽o并通过克尔效应的自聚焦效应实现克尔透镜锁模o从而得到脉宽较窄的锁模脉冲序列q图t克尔效应示意图但是经过

12、光谱展宽的激光脉冲在非线性介质里传播时其色散效应很明显o这就使最终得到的脉宽比光谱实际支持的最短脉宽要宽q因此o我们还要对图u通过不同方式得到的x©¶范围的脉冲的色散进行补偿才能得到超短脉冲激光q虽然得到超干涉自相关曲线的比较示意图≈w 短脉冲的手段各异o包括在激光器腔内直接获得!光k¤l光参量放大的方法~k¥l腔倒空输出的脉冲通过硅光纤后的压缩结果~k¦l毫焦耳脉冲通过冲氪的光纤后的压缩结果~k§l从钛参量放大及光纤压缩等o但根本上都必须