（2）化學(xué)分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)：化學(xué)分子的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過程的時(shí)間尺度從幾個(gè)皮秒一直到幾個(gè)飛秒的廣闊范圍。白光激光的頻譜范圍遠(yuǎn)超過一般的鈦寶石飛秒脈沖激光，這些相干的光譜成分經(jīng)過相干合成技術(shù)可產(chǎn)生短至一個(gè)飛秒左右的激光脈沖，當(dāng)然也可以產(chǎn)生長至皮秒甚至納秒的激光脈沖。因此由白光激光衍生而出的超短脈沖激光可應(yīng)用于探測化學(xué)分子的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)精細(xì)的信息。更為重要的是，白光激光的中心波長可以調(diào)節(jié)，意味著超短脈沖激光的中心波長也是可以調(diào)節(jié)的。因此可以針對特定化學(xué)分子的敏感波段，選擇合適的超短脈沖激光，來進(jìn)行探測和觀察。
 

（3）多量子態(tài)調(diào)控：原子或者分子通常由許多微觀運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，對應(yīng)于許多能級。電子在這些能級之間可以通過量子躍遷來改變狀態(tài)。每個(gè)量子躍遷需要某個(gè)頻率的激光去驅(qū)動(dòng)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)量子躍遷需要多個(gè)頻率的激光同時(shí)去驅(qū)動(dòng)。為了不擾亂量子躍遷之間的相位，實(shí)現(xiàn)相干的多量子態(tài)調(diào)控，要求多路激光之間的相位必須鎖定。因此，普通的多束不同波長的激光方案或者鈦寶石超短脈沖激光方案無能為力。而本項(xiàng)目擬研制的白光激光可以勝任這個(gè)難題。而且，由于其中心頻率和光譜帶寬都可以調(diào)節(jié)，有望適用于廣泛的原子、分子和量子材料（量子態(tài)躍遷途徑的數(shù)量、躍遷能級分布以及躍遷波段）的多量子態(tài)調(diào)控。
 

2、生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用:
 

和普通激光一樣，白光激光也可以應(yīng)用于生命科學(xué)的研究和生物醫(yī)學(xué)診斷及治療。比如作為精密光譜學(xué)、超快動(dòng)力學(xué)探測、共聚焦顯微分析、流式細(xì)胞儀等技術(shù)應(yīng)用于蛋白質(zhì)大分子生理功能的研究，利用光學(xué)相干層析技術(shù)、拉曼光譜技術(shù)、非線性光譜技術(shù)作為生物醫(yī)學(xué)的疾病診斷工具；也可作為越來越流行的工具應(yīng)用于激光美容、激光醫(yī)學(xué)、光熱治療等。作為超連續(xù)、超寬帶、中心波長可調(diào)的白光激光在不少領(lǐng)域有獨(dú)特的優(yōu)勢。
 

（1）多模態(tài)生物成像和分析: 由于人體細(xì)胞、組織和器官對光的響應(yīng)復(fù)雜多樣，其敏感波段也多種多樣，因此特別需要波長可變、超連續(xù)、超寬帶、高功率的激光作為工具，利用光學(xué)相干層析技術(shù)、拉曼光譜技術(shù)、非線性光譜技術(shù)等探測手段，來與人體疾病區(qū)域的組織和器官相互作用，獲得各種各樣的信息，從而得到多模態(tài)生物成像的目的。這對疾病的快速診斷和分析將提供極為便利可靠的技術(shù)手段。
 

（2）激光美容：激光美容利用激光與人體臉部等表皮組織相互作用，通過光熱效應(yīng)、光電效應(yīng)、光化學(xué)反應(yīng)等物理和化學(xué)過程實(shí)現(xiàn)對表皮冗余和病變組織的清理和去除。由于表皮組織的復(fù)雜多樣性，需要多種波長的高功率激光選擇性或者協(xié)同作用。因此，白光激光將發(fā)揮傳統(tǒng)激光所不能做到的功能和效果。這方面的應(yīng)用將走進(jìn)老百姓的日常生活，使得白光激光這一新技術(shù)更多地位老百姓所了解、理解和認(rèn)同。具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
 

3、大氣和環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用:
 

隨著中國許多區(qū)域（如華北地區(qū)）的大氣、水、土壤等環(huán)境要素日益受到污染而不斷退化，給廣大人民群眾的生活和生產(chǎn)帶來了巨大的負(fù)面影響，比如，華北和江淮廣大地區(qū)的霧霾逐漸成為常態(tài)化的事物，環(huán)保的問題日益突出，理念日益深入人心。國家和社會(huì)對環(huán)保的投入越來越多，因此日益需要越來越強(qiáng)大的環(huán)境檢測技術(shù)和手段。激光技術(shù)作為光譜分析的核心組成部分，已經(jīng)在大氣遙感和環(huán)境監(jiān)測等方面發(fā)揮著越來越重要的作用，已經(jīng)有激光雷達(dá)等產(chǎn)品提供給環(huán)保部門。激光應(yīng)用于環(huán)境檢測的基本科學(xué)原理是激光束和大氣相互作用，激光將和大氣中的各種物質(zhì)成分（O2,N2,H2O、NO2, H2S, SO2, CO, CO2等）發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)作用，產(chǎn)生的彈性（瑞利散射）和非彈性散射（熒光、拉曼、布里淵散射）的信號光將攜帶這些物質(zhì)成分的內(nèi)部量子態(tài)和化學(xué)結(jié)構(gòu)信息，通過收集這些光學(xué)信息，可獲得它們的組分分布和豐都的信息，幫助環(huán)保部門掌握深入而詳細(xì)的大氣成分信息，給出相應(yīng)的對策。普通的激光雷達(dá)使用單色激光作為探測源，只能和特定的大氣分子發(fā)生強(qiáng)烈的散射作用，而超連續(xù)、超寬帶、高峰值功率的白光激光將可以同時(shí)和多種大氣分子相互作用，一次性產(chǎn)生的光散射信息將極端豐富，因此將能夠極大地提升激光雷達(dá)監(jiān)測大氣質(zhì)量的功能。
 

4、工業(yè)應(yīng)用：
 

激光已經(jīng)廣泛應(yīng)用于激光加工（切割、焊接、制造和3D打印、打標(biāo)）、信息技術(shù)（激光防偽、全息信息存儲(chǔ)、激光彩色顯示、激光電視、激光投影儀）、傳感和檢測、通訊（光纖通訊、自由空間光通訊、可見光通訊）等。白光激光作為一種新的產(chǎn)品，將有它獨(dú)一無二的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。
 

（1）彩色全息：激光全息術(shù)是一種應(yīng)用十分廣泛的紀(jì)錄和再現(xiàn)物體形貌信息的技術(shù)，其原理是利用激光的干涉效應(yīng)（參考激光光和物體反射激光的干涉），原則上可紀(jì)錄物體的所有信息（視覺明暗信息（即反射振幅信息）和相位信息）。典型的應(yīng)用是激光防偽和激光掃描儀（超聲使用的條形碼），普通的全息片使用單色激光產(chǎn)生全息條紋，如果能夠使用彩色激光或者白光激光產(chǎn)生全息干涉條紋，原則上不僅能夠反映出物體的輪廓信息，而且能夠反映出色彩信息。這是一種真正的物體全方位信息紀(jì)錄和再現(xiàn)的技術(shù)。該技術(shù)不僅大大提高了全息片所蘊(yùn)含的信息量，提高激光防偽的可靠性，增加信息被破解的難度，而且能真實(shí)地再現(xiàn)物體的三維信息及彩色信息。
 

（2）3D顯示和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)：利用白光激光可實(shí)現(xiàn)彩色全息，實(shí)現(xiàn)物體3D信息的記錄和再現(xiàn)。因此，有望應(yīng)用于當(dāng)今社會(huì)廣泛關(guān)注卻因?yàn)榧夹g(shù)困難而遲遲沒有進(jìn)展的3D顯示和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。實(shí)際操作上，可參考電影工業(yè)的技術(shù)，將運(yùn)動(dòng)物體的圖像和信息記錄在膠卷上，按照每秒鐘16幀額速度記錄，并按照相同的速度播放，就可以簡單地實(shí)現(xiàn)拍電影和放電影兩個(gè)過程。彩色全息3D顯示也是一樣的道理，只不過物體的3D圖像(彩色及輪廓信息)存儲(chǔ)在彩色全息片上，每秒16幀，然后利用白光激光照明彩色全息片，每秒16幀，就可以播放出具有完全真實(shí)的3D彩色效果的圖像來。將這樣的技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合，有望真實(shí)彩色的3D虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。
 

5、國防和軍事應(yīng)用：
 

激光既是信息的載體，也是能量的載體。兩方面的特性都可以在國防和軍事領(lǐng)域找到眾多的應(yīng)用。作為能量的載體，激光可以應(yīng)用于制造主動(dòng)式紅外成像和夜視儀，也可以作為高定向能量的激光武器應(yīng)用于激光對抗。另外還可以利用光電效應(yīng)的原理，采用中小能量的激光對敵方的衛(wèi)星、導(dǎo)彈、飛機(jī)等飛行物的光學(xué)敏感部件產(chǎn)生激光損傷和破壞，從而實(shí)現(xiàn)摧毀敵方軍事目標(biāo)的目的。在這方面，超連續(xù)、超寬帶、高功率的白光激光有獨(dú)特的優(yōu)勢，因?yàn)槠涔怆娦?yīng)的頻率窗口巨大，很容易對多種光學(xué)敏感器件（通常一種光學(xué)器件有一個(gè)敏感波長）進(jìn)行物理和化學(xué)反應(yīng)。另外，白光激光峰值功率巨大，當(dāng)和光學(xué)敏感器件發(fā)生共振相互作用時(shí)，將產(chǎn)生巨大的破壞效果。這個(gè)技術(shù)尤其適用于對敵方衛(wèi)星進(jìn)行干擾和破壞。
 

作為信息的載體，激光可應(yīng)用于自由空間的通訊，特別適用于光纖通信所不能觸及的區(qū)域，如太空和海洋內(nèi)部。由于白光激光擁有寬廣的波段，作為通訊工具其蘊(yùn)含的信息量可遠(yuǎn)大于普通的單色激光，所以，特別適用于海洋內(nèi)部潛艇之間的自由空間激光通訊。
 

四、白光激光的發(fā)明
 

2015年李志遠(yuǎn)教授帶領(lǐng)“晶之彩”科研團(tuán)隊(duì)，發(fā)明了一條原創(chuàng)性的科學(xué)思路和技術(shù)方案。利用中紅外的寬帶飛秒脈沖激光泵浦單塊啁啾結(jié)構(gòu)鈮酸鋰非線性超晶格光子晶體---白光激光晶體（如圖3所示），可以產(chǎn)生高性能的白光激光。白光激光晶體材料具有多個(gè)超寬帶倒格矢分布的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)多波段超寬帶準(zhǔn)相位匹配的問題。利用單塊準(zhǔn)相位匹配非線性晶體和中紅外超寬帶飛秒脈沖激光相互作用，在單塊晶體中實(shí)現(xiàn)了二到八次諧波的同時(shí)產(chǎn)生，進(jìn)而產(chǎn)生超連續(xù)的相干白光激光。其波長涵蓋紫外、可見和近紅外波段，能量轉(zhuǎn)換效率超過18%。該白光激光晶體，完全是全球首創(chuàng)的超材料晶體，它的出現(xiàn)改變了以往只能轉(zhuǎn)換單一頻率或者有限幾個(gè)頻率的晶體限制，同時(shí)針對多個(gè)領(lǐng)域大大地拓展了激光的應(yīng)用范圍，是具有革命性意義的新材料，白光激光的發(fā)明，填補(bǔ)了非線性光學(xué)和激光技術(shù)的空白。白光激光的發(fā)明及研究成果發(fā)表在國際光學(xué)和物理學(xué)權(quán)威期刊上，并申請了中國國家發(fā)明專利。由于顯著的原創(chuàng)性而入選2015年度“中國光學(xué)重要成果”。