文档介绍：激光超短脉冲技术的研究现状及其应用
卢迪
北京工业大学应用数理学院 010612 班
指导教师:宋晏蓉

摘要本文讨论了激光超短脉冲技术的主要特征,激光超短脉冲技术的研究历史及现状,激光超短
脉冲技术的应用。
关键词激光技术,超短脉冲

一、激光超短脉冲的主要特性
激光巨脉冲技术是激光技术中的一个非常重要的技术,它具有极窄的脉宽、极高的峰值功率和
窄频谱宽度。
1、脉宽超短脉冲的最主要特性就是脉冲宽度,现在已经得到飞秒量级,并且逐渐向阿秒量级发展。
2、峰值功率若将10mJ的脉冲能量集中在10fs时间内,则峰值功率可以达到1TW,这就可能用光直
接从原子之中剥离电子。在过去的几年里,超高峰值功率的激光技术得到了迅速发展,聚焦强度可
达到1020Tw/cm2。
3、频谱宽度即飞秒脉冲的频谱宽度问题,光脉冲的时域和频域均为傅立叶共轭关系。对波长为
800nm,脉冲宽度100fs的光脉冲,傅立叶变换极限频谱宽度为14nm。

二、激光超短脉冲技术研究历史
超短脉冲技术是物理学、化学、生物学、光电子学以及激光光谱学等学科对微观世界进行研究
和揭示的重要手段。超短脉冲技术主要经历了5个发展阶段,见表1。

表1 激光超短脉冲技术发展阶段
时期脉冲宽度发展情况
各种锁模理论的建立和各种锁模方
60年代中期 10 −9 s ~10 −10 s
法的试验探索
各种锁模方式的理论,如主动锁模、
70年代中后期 10-11~10-12s为第二阶段
被动锁模、同步泵浦锁模逐步成熟
80年代 10-14s 碰撞锁模染料激光器
掺钛蓝宝石为增益介质的飞秒自锁
90 年代初 10-14s
模激光器
采用相位相干合成技术,可以产生
21世纪 10-15s(逐渐达到10-18s)
阿秒脉冲;缩短腔长
现今超短脉冲技术已经有了非常大的进步,并且逐渐趋于成熟。目前飞秒激光振荡器的输出脉
宽最新达到飞秒,采用相位相干合成技术,可以产生阿秒脉冲;缩短腔长,最高重复频率可达
到 160GHz,采用啁啾脉冲放大技术,最高输出脉冲峰值功率达到 200TW。由于飞秒激光在许多方
面有特殊的用途,使之成为当今激光技术领域研究与应用的热点。

三、激光超短技术的应用
目前,飞秒激光在许多领域有重要的应用,如飞秒等离子体物理、飞秒电子学、飞秒全息光谱
学、飞秒X射线学等。例如飞秒脉冲的可用于时间分辨光谱学;用飞秒脉冲可观测物理、化学和生
物等超快过程;飞秒脉冲可用作共焦显微镜的光源来处理生物样品的三维图像;利用飞秒脉冲在半
导体激发声子的反射可以用来测量半导体薄膜的厚度,以检测半导体薄膜的生长等等。并且,由于
飞秒脉冲的广泛应用,许多交叉学科