超快激光技術的未來發(fā)展之路

　　隨著激光技術飛速發(fā)展，超快激光出現(xiàn)了人們的視線之中，它具備獨特的超短脈沖、超強特性，能以較低的脈沖能量獲得極高的峰值光強。超短脈沖啁啾放大技術(Chirped Pulse Amplification，CPA)的出現(xiàn)使超快激光的強度得到大大提高。與傳統(tǒng)長脈沖激光及連續(xù)激光不同，超快激光有著超短的激光脈沖，這使得激光脈沖的頻譜寬度相當大。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。利用超快激光脈沖短的特點，可以采用泵浦-探測的方式，將激光脈沖與物質相互作用現(xiàn)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(jīng)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，利用飛秒激光脈沖甚至阿秒脈沖，通過泵浦-探測的方法觀察到反應過程。聚焦后的超快激光，其峰值功率密度超過1012W/cm2時，所產(chǎn)生的電場強度就已經(jīng)大于原子的內(nèi)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(fā)生巨大變化。利用這個特性，人們可以研究由于超快激光導致原子內(nèi)部產(chǎn)生的奇特現(xiàn)象。并且，超快激光還顯示出其它不同的特性，如熱影響區(qū)域小、作用效果能夠超過光學衍射極限、優(yōu)秀的空間選擇特性。

　　超快超強激光脈沖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(nèi)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。隨著超短激光脈沖技術的不斷發(fā)展，實驗上己經(jīng)能夠產(chǎn)生高強度的周期量級超短脈沖，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(chǎn)生了所謂的極端非線性光學，大大豐富了光學的研究內(nèi)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(tài)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范圍。

　　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(xiàn)了高次諧波、閾上電離、隧穿電離等現(xiàn)象，并且周期量級超短激光脈沖失去了波動現(xiàn)象所特有的周期性特征，從而導致一系列全新的物理現(xiàn)象與規(guī)律。它提供了一種新的實驗工具應用于相干控制、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，并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(chǎn)生重要影響。

　　而在材料加工方面，自超快激光出現(xiàn)以來，由于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(qū)域，實現(xiàn)對幾乎所有材料的非熱熔性冷處理。獲得傳統(tǒng)激光無法比擬的高精度、低損傷等優(yōu)勢。使在微秒激光這些獨特優(yōu)勢在材料的微細加工、納米結構制作、光子器件、高密件存儲、醫(yī)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(xiàn)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(yè)化，超快激光已經(jīng)從實驗室走向實際工業(yè)生產(chǎn)應用，成為學術界和激光應用行業(yè)的熱門方向。

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

　　隨之德國“工業(yè)4.0”和“中國制造2025”的啟動發(fā)展，今后高端制造、智能制造、高精密制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(fā)展機遇。預計到2020年超快激光器市場總額將超過15億美元。