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(wù)。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(dāng)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(dāng)作閃光燈，當(dāng)一個激光脈沖照過來時，相當(dāng)于閃光燈曝光一次，從而記錄一幅照片，當(dāng)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(xué)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(luò)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(dāng)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(yīng)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(fù)頻率飛秒激光放大器、寬調(diào)諧飛秒?yún)⒘考す馄?、高平均功率的全固態(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(fù)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