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飞秒激光及其应用进展 　　摘 要：飞秒激光其超短脉冲，超强峰值功率和高聚焦能力，因在很多相关领域得了广泛的应用，本文主要介绍飞秒激光及其在基础研究领域和医学领域的应用的同时，对随着飞秒激光新发展起来的某些相关学科做一简述。 　　关键词：飞秒；激光；应用 　　超短脉冲时代是从1960年代末1970年代初提出激光锁模技术时开始的，短短的20年后，出现了主动锁模，被动锁模，脉冲碰撞锁模（CPM），相加脉冲锁模等，锁模技术可以将脉冲缩短到皮秒是10-12秒甚至飞秒10-15秒。在1980年代中期出现的自锁模技术和非线性啁啾脉冲放大技术，使我们真正进入了超短脉冲的时代。利用这种技术可以产生一个高密度，高强度和高温高压领域是实验室天体物理在极端条件下，光与物质相互作用的极端物理条件，并提供了一个强大的高亮度X射线产生的重大科学研究手段。 　　此外，在第二十世纪90年代末，还发现飞秒激光的介质效应产生的长脉冲激光的独特性质有所不同，如区域、热效应小，空间选择性的作用，这些独特的性能，在许多领域有重要的应用价值，如微型光子器件的制造，医药，精细操作，三维度的光存储，纳米生物技术，纳米医学，这些应用已经引起了国内外的广泛关注[1]。 　　飞秒激光其超短脉冲，超强峰值功率和高聚焦能力，因能够实现超精细和维微加工的特点获得了广泛关注和深入研究，所以飞秒激光技术发展迅速[2]。 　　一、飞秒激光简介 　　激光曾被人类视为神秘之光并已被广泛使用。飞秒激光是近年来科学家们通过探究发现的更特殊的激光，简称FS是一种近红外光以脉冲形式运行，很短的时间，是衡量时间的标准尺度的长度。1飞秒只有1秒的一千万亿分之一，即10-15秒。 　　飞秒激光有以下三个特点：1、利用飞秒激光获得的脉冲要比利用电子学方法获得的最短脉冲还短几千倍。2、具有比目前全世界发电总功率还要多出百倍的瞬时功率，可达百万亿瓦。3、空间区域可以集中到比头发的直径还要小，使周围的核力量的电场强度比其他电子还高几倍。 　　二、飞秒激光的发展历史 　　飞秒激光的发展可分为四个阶段，目前已经历了前三个阶段正在进入第四个阶段。 　　60年代中后期的10-9～10-10s第一阶段是飞秒激光的早期阶段，其主要特点是建立锁模的理论和实验研究的各种各样的夹紧方法。 　　第二阶段是基于各种各样的锁模逐渐趋向于成熟的理论和方法为主要特征的70年代的10-11～10-12s，这个阶段皮秒（10-12）初步应用于化学和物理的领域。 　　第三阶段是飞秒激光的发展，主要是以碰撞锁模染料激光器的飞秒激光脉冲宽度为代表，真的进入了飞秒（10-15秒）阶段。飞秒激光脉冲的色散，嘀啾，自相位调制效应再不能被忽略了，平衡这些效应的结果产生了使物理学界震惊的事件――理论上早已预言的孤子（soilton）首先在光学领域实现了――光孤子 （Optical Soliton）。飞秒光脉冲的出现还伴随生长出许多新的光学技术。 　　第四个阶段是从90年代初开始的。而它主要特征是表现在产生飞秒激光介质的新的突破。自从70年代初期开始，一直是有机染料为介质的激光器领导飞秒激光新潮流。到了90年代，以掺钦蓝宝石为代表的固体介质激光器突然闯入了飞秒激光领域，并大有一举取代飞秒染料激光器之势。简单，实用和性能更优越是固体飞秒激光技术的鲜明特点。 　　在短短的20几年内飞秒激光经历了四个发展阶段，脉冲宽度压缩了5～6个量级，并在光通讯，化学，物理，生物学等众多领域中得到了广泛应用。其纵向发展速度之快横向扩展范围之广在自然科学史上是罕见的。 　　20多年的飞秒激光的发展，特别是近10年的发展，促进基础学科的发展，如物理、化学、生物学研究的超快过程，也兴起了许多新学科的崛起，如超快非线性光学、光孤子通信和飞秒激光物理、飞秒激光飞秒化学、光电等[3]。 　　三、飞秒脉冲激光器的发展 　　1981年美国贝尔实验室的合作者及其Fork利用被动锁模原理在染料激光器中首次获得了激光脉冲。使输出激光脉冲宽度第一次进入了飞秒量级，并且成功的研制出了碰撞锁模（colliding pulse mode-locking，简称CMP）染料激光器[4]。从此激光技术发展开始步入了飞秒激光阶段。到1985年，他们在染料激光器中获得了27fs的超短脉冲[5]。 　　在第二十世纪80年代末出现了大量的热传导性能好，固体荧光带宽增益值，最具代表性的是掺钛蓝宝石（Ti：Sap-phire，Ti：S）。它有一个宽的荧光光谱（660-1100nm），优良的热传导性，上能级和寿命长，光学均匀性好，广泛吸收光谱（600nm）和高硬度等诸多优点[6]。此后染料激光器逐渐由固体飞秒激光器来取代并成为了飞秒激光技术发展的重要方向。 　　随着飞秒激光技术的发展，飞秒