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飛秒激光技術應用于超大容量光纖通信中

更新日期:2007-08-18  作者:  來源:光學精密機械網(ChinaOptic.Com.Cn)收集整理

    一、飛秒激光技術概況
    超快光學是指皮秒、飛秒光脈沖產生、放大、壓縮、測量、控制及其應用的一門具有廣泛應用前景的學科,它將對社會經濟的發展起到巨大的帶動作用。飛秒激光技術是超快光學的核心,是八十年代初期誕生并迅速發展起來的激光前沿研究領域和新的科學技術分支,其發展直接關系到信息科學的進步和物理、化學、生物、材料科學的研究向更深層次的發展,其突出特點是:
    1. 脈沖寬度極短,可達飛秒(10-15秒),它比利用電子學方法所獲得的最短脈沖要短幾千倍,是當前人類在實驗室條件下能夠獲得的最短脈沖的唯一技術手段。
    2. 經放大后峰值功率極高,可達太瓦(1012W)以上,經聚焦,峰值功率密度可達1018~1020瓦/cm2,其強度超過了原子內部的庫侖場。
    高功率飛秒激光系統由四部分組成:振蕩器、展寬器、放大器和壓縮器。在振蕩器內,利用一種特殊技術獲得飛秒激光脈沖。展寬器將這個飛秒種子脈沖按不同波長在時間上拉開。放大器使這一展寬的脈沖獲得充分能量。壓縮器把放大后的不同成分的光譜再會聚到一起,恢復到飛秒寬度,從而形成具有極高瞬時功率的飛秒激光脈沖。
    由于飛秒激光的超短脈沖寬度,飛秒激光技術已經成為研究物理、化學、生物學中原子、分子的超快過程,揭示微觀物質運動規律的基礎研究手段。眾所周知,物質是由分子和原子組成的,但是它們不是靜止的,都在皮秒甚至更短的時間量級里快速地運動著,這是微觀物質的一個非常重要的基本屬性。飛秒激光的出現使人類第一次在原子和電子的層面上觀察到這一超快運動過程。基于這些科學上的發現,飛秒激光在物理學、生物學、化學控制反應、光通訊等領域中得到了廣泛應用。特別值得提出的是,由于飛秒激光具有快速和高分辨率特性,它在病變早期診斷、醫學成像和生物活體檢測、外科醫療及超小型衛星的制造上都有其獨特的優點和不可替代的作用。
    由于飛秒激光脈沖的超高峰值功率,飛秒激光技術又是產生激光等離子體、超短X激光、新一代粒子加速器和激光核聚變快速點火的高新技術途徑。物質在高強度飛秒激光的作用下會出現非常奇特的現象:氣態、液態、固態的物質瞬息間變成了等離子體。這種等離子體可以輻射出各種波長的射線的激光。高功率飛秒激光電子束碰撞能夠產生硬X射線飛秒激光,產生β射線激光,產生正負電子對。利用飛秒激光能夠非常有效地加速電子,使加速器的規模得到上千倍的壓縮。高功率飛秒激光在醫學、超精細微加工、高密度信息儲存和記錄方面都有著很好的發展前景。高功率飛秒激光還可以將大氣擊穿,從而制造放電通道,實現人工引雷,避免飛機、火箭、發電廠因天然雷擊而造成的災難性破壞。高功率飛秒激光與物質相互作用,能夠產生足夠數量的中子,實現激光受控核聚變的快速點火。從而為人類實現新一代能源開辟一條嶄新的途徑。
 etyjtykjuy
 
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