超快激光技術(shù)的未來發(fā)展之路

　　隨著激光技術(shù)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(shù)(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(zhì)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(lǐng)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(zhì)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(shù)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(zhì)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(zhì)相互作用的嶄新的研究領(lǐng)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(zhì)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(zhì)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(lǐng)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(lǐng)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(jié)構(gòu)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(shù)的突破和商業(yè)化，超快激光已經(jīng)從實驗室走向?qū)嶋H工業(yè)生產(chǎn)應用，成為學術(shù)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(zhì)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(shù)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。