激光脉冲*概述

　　脉冲就是隔一段相同的时间发出的波(电波/光波等等)等机械形式。

　　激光脉冲指的是脉冲工作方式的 激光器 发出的一个光脉冲，简单的说，好比手电筒的工作一样，一直合上按钮就是连续工作，合上开关立刻又关掉就是发出了一个“光脉冲”。用脉冲方式工作有它的必要性，比如发送信号、减少热的产生等等。现在的激光脉冲能做到特别短，譬如“皮秒”级别，就是说脉冲的时间为皮秒这个数量级——而1皮秒等于一万亿分之一秒(10E-12秒)

　　激光脉冲*调Q技术

　　调Q技术的出现和发展，是激光发展史上的一个重要突破，它 是将激光能量压缩到宽度极窄的脉冲中发射，从而使光源的峰值 功率可提高几个数量级的一种技术。现在，欲要获得峰值功率在兆瓦级(106w)以上，脉宽为纳秒级(10-9s)的激光脉冲已并不困难。

　　激光脉冲*调Q的基本原理

　　通常的激光器谐振腔的损耗是不变的，一旦光泵浦使反转粒 子数达到或略超过阈值时，激光器便开始振荡，于是激光上能级 的粒子数因受激辐射而减少，致使上能级不能积累很多的反转粒 子数，只能被限制在阈值反转数附近。这是普通激光器峰值功率 不能提高的原因。

　　既然激光上能级*大粒子反转数受到激光器阈值的限制，那么，要使上能级积累大量的粒子，可以设法通过改变(增加)激 光器的阈值来实现，就是当激光器开始泵浦初期，设法将激光器的振荡阈值调得很高，抑制激光振荡的产生，这样激光上能级的反转粒子数便可积累得很多。

　　当反转粒子数积累到*大时，再突然把阈值调到很低，此时，积累在上能级的大量粒子便雪崩式的跃迁到低能级，于是在极短的时间内将能量释放出来，就获得峰值功率极高的巨脉冲激光输出。

　　激光脉冲*固体激光器

　　固体激光器由晶体棒、反射膜、氙灯、电源组成。晶体棒或玻璃棒的直径由1cm到几个cm不等，长度由十几个cm到几十 个cm不等。棒的两端面磨的很光滑，平行度很高，镀上反射膜以后就可以 当成反射镜组成光学谐振腔。泵浦源使用普通强光源，如氙灯等。固体激光 器的优点是输出功率大，体积小，坚固，贮存能量的能力较强，适合实现Q开关、锁模等技术。

　　工激光脉冲*工作方式

　　(1)连续激光

　　激光泵浦源持续提供能量，长时间地产生激光输出，从而得到连续激光。连续激光的输出功率一般都比较低，适合于要求激光连续工作(如激光通信、 激光手术 等)的场合。

　　(2)脉冲激光

　　脉冲工作方式是指每间隔一定时间才工作一次的方式。

　　脉冲激光器具有较大输出功率，适合于激光打标、切割、测距等。

　　常见的脉冲激光器：固体激光器中的钇铝石榴石(YAG)激光器、红宝石激光器、钕玻璃激光器等。 还有氮分子激光器、准分子激光器等。

　　(3)巨脉冲激光

　　在腔内人为的加入损耗，是其大于工作物质的增益，这时没有激光输出。但在泵浦源持续不断的激励下，激光上能级的原子数越来越多，得到了较大的粒子数反转。如果定义峰值功率为脉冲的能量除以脉冲的持续时间(脉宽)，那么，在撤除人为加入的损耗情况下，就会在很短的时间内以极快的速度产生脉冲宽度窄、峰值功率高的脉冲激光，通常称为巨脉冲。

　　(4)超短脉冲激光

　　激光脉冲*飞秒激光脉冲技术

　　自从脉冲激光器问世以来,激光脉冲的峰值功率已经提高了十二个数量级。在60年代,自由振荡激光器的功率先是被Q开关接着是被锁模方法提高了好几个数量级。10年前,一个桌面型(Table-Top)激光系统可以提供1厘米光束直径,大约几个GW功率的脉冲。而今同样大小的系统可以输出一千倍以上的功率(图1),如果把光束聚焦的话,功率密度可达1015W/cm2,如此高的功率密度使它在激光与物质相互作用，核聚变,相对论等离子体物理学,相干X-射线的发生,激光加工以及其他很多领域里开辟更多的应用。

　　与此相应的是,激光脉冲的宽度已经降低了6个数量级。从调Q脉冲的几个纳秒,到锁模脉冲的几个飞秒,如此短的脉冲在超快物理及化学过程的研究,超高速通信方面的应用等领域正在发挥着不可替代的作用。

　　飞秒脉冲的直接用途就是时间分辨光谱学。用飞秒脉冲来观测物理,化学和生物等超快过程,飞秒脉冲可作共焦显微镜的光源,来作生物样品的三维图象。用飞秒脉冲作光源的光学相干断层扫描(opticalcoher2encetomography,简称OCT)可观察活体细胞的三维图象,此时并不是利用飞秒脉冲的时间特性,而是利用飞秒光源的宽谱线,来产生类似白光的干涉,利用飞秒脉冲在半导体中激发的声子的反射可用来实时测量半导体薄膜的厚度,以监测半导体薄膜的生长,用飞秒脉冲来作微型加工,打出的孔光滑而没有毛刺,因为飞秒脉冲不是靠热效应先熔化再蒸发,而是靠强场直接蒸发材料,飞秒脉冲用作光通信的光源,可把现有的通信速度提高几百倍,高能量的飞秒脉冲激光与等离子体相互作用可产生高次谐波及X-射线,并有可能用于受控核聚变,人们还尝试用飞秒脉冲产生的兆兆赫兹辐射,来检测集成电路的包装质量,甚至肉类制品的脂肪含量。总之,飞秒脉冲的应用很多,问题是,什么是*有价值的应用?这里有两种可能的情形:

　　①在某些应用中,飞秒脉冲有其**的应用价值,即没有飞秒脉冲就不行,例如飞秒脉冲光谱学,超高速光通信等;

　　②另一方面,飞秒脉冲有其相对应用价值,即用飞秒脉冲可能做得更好,例如比现存的技术,核磁共振,X-射线,雷达,电子加速器等等,更简便易行,能源消耗更少,更小型化。

　　随着飞秒脉冲激光器的进一步发展和完善,一定能开辟出更多的应用前景。