圖1.物質(zhì)微觀體系中各瞬態(tài)現(xiàn)象的時間尺度
 

對物質(zhì)微觀體系超快現(xiàn)象的研究不僅可以使我們認識物質(zhì)的本質(zhì)，而且還可以發(fā)現(xiàn)控制和改變與物質(zhì)變化相關(guān)的瞬態(tài)過程從而產(chǎn)生新的物質(zhì)，更好地為人類服務。探索和控制物質(zhì)內(nèi)部的超快過程，就需要超短脈沖激光。所謂超短脈沖激光是指脈沖的持續(xù)時間（也就是脈沖時間寬度）相當于或短于微觀體系中快速變化過程時間的激光束，即通常所說的皮秒，飛秒或阿秒脈沖激光。超短脈沖激光之所以能用于瞬態(tài)現(xiàn)象的探測，是利用超短脈沖激光的持續(xù)時間非常短的特點，類似于高速照相機拍攝快速變化的過程，如見圖2所示的排球跳發(fā)球的過程，利用高速攝影機就可以將跳發(fā)球這個快速變化的過程分解為各個單獨的動作。我們可以把激光脈沖當作閃光燈，當一個激光脈沖照過來時，相當于閃光燈曝光一次，從而記錄一幅照片，當一幅幅照片記錄下來，連續(xù)播放就可以顯示其動態(tài)變化過程。激光脈沖的時間寬度決定了曝光時間，所以用超短脈沖激光可以觀察到物質(zhì)內(nèi)部原子、分子甚至電子的運動過程。

圖2，用高速相機拍攝排球跳發(fā)球的過程
 

　　超短脈沖激光是人們研究探測物質(zhì)微觀體系瞬態(tài)現(xiàn)象的唯一工具，目前最為成熟和廣泛使用的是飛秒激光和皮秒激光。作為超短脈沖激光研究最前沿的內(nèi)容，國際上有多個研究組也已實現(xiàn)了阿秒脈沖激光輸出。中國科學院物理研究所從1997年系統(tǒng)開始了飛秒激光技術(shù)的發(fā)展研究，迄今已在飛秒激光的產(chǎn)生、放大、壓縮、同步、頻率擴展及載波包絡相位測量與控制等方面取得了系列有重要影響的進展，并建成當時國際上峰值功率最高的1.16PW飛秒超強鈦寶石激光裝置及國內(nèi)首臺阿秒激光裝置。針對皮秒及飛秒激光的廣泛應用，近年來在部分成果可靠性研究的基礎(chǔ)上，聯(lián)合鹽城物科光電有限公司進一步研發(fā)了自動控制的飛秒激光振蕩器、太瓦級高峰值功率飛秒激光器、高重復頻率飛秒激光放大器、寬調(diào)諧飛秒?yún)⒘考す馄鳌⒏咂骄β实娜虘B(tài)飛秒及皮秒激光器等器件，迄今已提供國內(nèi)外多家單位成功進行了多項超快現(xiàn)象和強場物理相關(guān)的研究，顯示了國產(chǎn)超短脈沖激光產(chǎn)品在性能質(zhì)量及運行維護方面的顯著優(yōu)勢，為國產(chǎn)超短脈沖激光的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展發(fā)揮了積極的作用。下圖是部分超短脈沖激光產(chǎn)品照片。

圖3.亞20fs一體化自動控制飛秒鈦寶石激光振蕩器

圖4. 飛秒鈦寶石激光放大器（重復頻率1kHz, 單脈沖能量大于4mJ）

　　

圖5. 光纖飛秒激光器

　　

圖6. 全固態(tài)皮秒激光放大器