超快激光技術的未來發展之路

OFweek激光網訊：隨著激光技術飛速發展，超快激光出現了人們的視線之中，它具備獨特的超短脈衝、超強特性，能以較低的脈衝能量獲得極高的峰值光強。超短脈衝啁啾放大技術(Chirped Pulse Amplification，CPA)的出現使超快激光的強度得到大大提高。與傳統長脈衝激光及連續激光不同，超快激光有著超短的激光脈衝，這使得激光脈衝的頻譜寬度相當大。這樣寬的頻譜在進行諸如原子能級研究，激光選鍵化學等方面都具有重要的應用。利用超快激光脈衝短的特點，可以採用泵浦-探測的方式，將激光脈衝與物質相互作用現象在不同的時刻照相，以期獲得整個過程的特點。這個方法已經被應用到各個領域，如在原子與分子反應動力學研究中以及觀察電子的運動，利用飛秒激光脈衝甚至阿秒脈衝，通過泵浦-探測的方法觀察到反應過程。聚焦後的超快激光，其峰值功率密度超過1012W/cm2時，所產生的電場強度就已經大於原子的內電場。它提供的極強極高的電場，能夠超過價帶電子的束縛力，使分子、原子的電子體系發生巨大變化。利用這個特性，人們可以研究由於超快激光導致原子內部產生的奇特現象。並且，超快激光還顯示出其它不同的特性，如熱影響區域小、作用效果能夠超過光學衍射極限、優秀的空間選擇特性。

超快超強激光脈衝與物質的相互作用是是當前最活躍的研究課題之一。它在新型的粒子加速器、超快高能X射線光源等方面，都有著廣泛的應用前景。同時，它包含多方面理論和實驗研究內容的課題，涉及到物理學的許多重要分支,如激光物理、原子分子物理、非線性光學、等離子體物理、熱力學等。隨著超短激光脈衝技術的不斷發展，實驗上己經能夠產生高強度的周期量級超短脈衝，為光與物質的相互作用研究提供了前所未有的實驗手段和極端的物理條件,開拓了光與物質相互作用的嶄新的研究領域，產生了所謂的極端非線性光學，大大豐富了光學的研究內容，將激光與原子、分子、離子、電子團簇以及等離子體等各種形態的物質之間的相互作用研究拓展到高度非線性和相對論的強場範圍。

超快超強激光與物質的相互作用過程中，隨著激光強度的不斷提高，各種非線性效應不斷增強，出現了高次諧波、閾上電離、隧穿電離等現象，並且周期量級超短激光脈衝失去了波動現象所特有的周期性特徵，從而導致一系列全新的物理現象與規律。它提供了一種新的實驗工具應用於相干控制、非線形光學以及新近興起的亞周期電子波包的控制等領域，並提供了一種新的時間測量尺度-阿秒，將可能對眾多學科領域產生重要影響。

而在材料加工方面，自超快激光出現以來，由於其具有超快時間和超高峰值特性，它能將能量快速、準確的集中在作用區域，實現對幾乎所有材料的非熱熔性冷處理。獲得傳統激光無法比擬的高精度、低損傷等優勢。使在微秒激光這些獨特優勢在材料的微細加工、納米結構製作、光子器件、高密件存儲、醫療生物工程等方面得到廣泛應用。

超強超快激光科學是一門非常年輕的新學科，正處在出現重大突破的前夜。近幾年隨著高功率皮秒、飛秒激光和光纖超快激光技術的突破和商業化，超快激光已經從實驗室走向實際工業生產應用，成為學術界和激光應用行業的熱門方向。

超快激光能解決許多常規方法難以達到的高、精、尖、硬、難等等加工問題，實現令人驚奇的加工能力、加工質量和加工效率，產生顯著的經濟和社會效益。

隨之德國「工業4.0」和「中國製造2025」的啟動發展，今後高端製造、智能製造、高精密製造的需求將顯著增加，超快激光與先進微納加工技術將迎來新的快速發展機遇。預計到2020年超快激光器市場總額將超過15億美元。

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