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你知道飞秒激光器的应用吗?

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  飞秒的概念:飞秒是一种时间单位,1飞秒只有1秒的一千万亿分之一,即1e−15秒或0.001皮秒(1皮秒是,1e−12秒),。它有多快呢?我们知道,光速是30万千米每秒,即3×10^8m/s。而在1飞秒之内,光只能走0.3 μm,这只是不到一根头发丝的百分之一。
  我们日常生活中的时钟时间的分辨率是秒,而这台激光器对时间的分辨率可以达到飞秒的程度,所以叫做飞秒激光器。当一台机器对时间的分辨率达到一定的程度时,它就可以看到许多我们平时用肉眼看不到的运动细节。比如,我们在影视器材的帮助下,就可以看到一个非常奇妙的世界。
  飞秒激光器对时间的分辨率远远高于 影视器材,经计算,这台飞秒激光器已经获得了人类在实验室中所能获得的世界上最短的脉冲.通过它,我们可以看到更快速、更微妙的运动,例如绿色植物的光合作用过程、细胞的分裂过程、电子围绕原子运动的过程等等。
  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首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、医学成象和生物活体检测、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。
  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的灾难性破坏。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。从而为人类实现新一代能源开辟一条崭新的途径。
  飞秒激光是过去20年间由激光科学发展起来的强有力的新工具之一。飞秒脉冲是如此的短,目前已经达到了4fs以内。1飞秒(fs),即10-15s,仅仅是1千万亿分之一秒,如果将10fs作为几何平均来衡量宇宙,其寿命仅不过1min而已;飞秒脉冲又是如此之强,采用多级啁啾脉冲放大(CPA)技术获得的最大脉冲峰值功率可达到百太瓦(TW,即1012W)甚至拍瓦(PW,即1015W)量级,其可聚焦强度比将太阳辐射到地球上的全部光聚焦成针尖般大小后的能量密度还要高。飞秒激光完全是人类创造的奇迹。
  根据飞秒激光超短和超强的特点,大体上可以将应用研究领域分成超快瞬态现象的研究和超强现象的研究。它们都是随着激光脉冲宽度的缩短和脉冲能量的增加而不断的得以深入和发展。飞秒脉冲激光的最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入微观超快过程领域,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,研究光合作用反应中心的传能、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。
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