人類誕生以來，自古至今人類一直與時間這一最基本概念聯系在一起。對于宏觀、低速運動的描述，秒級的時間精度已經可以了。描述微觀世界快速運動的時間精度需要毫秒(10-3秒)、微秒(10-6秒)、納秒(10-9秒)、皮秒(10-12秒)和飛秒(10-15秒)，與此相應發展起來的電子技術也先后可以產生毫秒、微秒、納秒和皮秒的電脈沖，用以研究物理、化學中電子運動的快速過程。單靠電子技術無法產生飛秒脈沖。上世紀六十年代誕生的激光技術為產生皮秒和飛秒光脈沖提供了一個新的技術手段。利用激光的鎖模技術，先在上世紀七十年代實現了皮秒脈沖激光的運轉，繼而又于1981年實現了飛秒脈沖激光的運轉。至此，人類開始進入了一個嶄新的飛秒時代。
以染料激光為代表的第一代飛秒激光始于1981年，它的出現將物理、化學等基礎學科的研究引進了一個前所未有的超快時代，使人類第一次在微觀世界中進入到飛秒時代，從而推動了物理、化學等學科的超快動力學的研究，發現了大量超快新現象，揭示了大量的微觀世界新的運動規律。但是，由于材料的不穩定性造成染料激光器運轉的不確定性，使得超快領域的研究受到極大的限制。以摻鈦藍寶石固體激光器為代表的第二代飛秒激光于1991年誕生，它所具有的材料穩定性和運轉的可靠性，使其很快淘汰了飛秒染料激光。但是，一方面鈦寶石飛秒激光系統成本昂貴；另一方面，鈦寶石飛秒激光系統受周圍環境影響極大，整個系統不得不安置于超凈、防震、恒溫的特定實驗室。所以第二代飛秒激光的嬌嫩性使其只能用在極其特定的實驗室中，加之其成本昂貴的貴族身份，其應用受到極大的限制，阻礙了飛秒激光應用和普及。光子晶體光纖飛秒激光技術具有成本低廉、結構簡單、運轉穩定、高功率、可集成等一系列優點，成為飛秒激光應用和普及化的關鍵。
光子晶體光纖飛秒激光器以其獨有的特點克服了第二代飛秒激光器的上述缺陷，即將成為相對完美的第三代飛秒激光。這是因為，第一、光子晶體光纖激光可以由半導體激光器直接泵浦實現，使成本大幅度下降；第二、飛秒激光器所需要的增益、色散補償和非線性三大功能可在一根光子晶體光纖中完成，從而使飛秒激光系統成為極其簡約、固定而無需調整的“傻瓜”系統；第三、光子晶體光纖飛秒激光系統的光束完全被封閉在纖芯中，大大減小了周圍環境的影響，將飛秒激光器從超凈、恒溫和防震的高級實驗室中解放出來；第四、光子晶體光纖具有大的表面－體積比，散熱極好，可以做成高功率器件，光子晶體光纖飛秒激光放大系統的平均功率比鈦寶石飛秒激光高出2個數量級；第五、雙包層大纖芯光子晶體光纖在高功率情況下的單模運轉和高的光束質量（M2<1.1）是普通雙包層大功率光纖激光器所無法比擬的。綜上所述，以光子晶體光纖為代表的第三代飛秒激光的低廉的成本，能抗擊外部環境影響的封閉式結構，無需繁瑣調試的集成化以及高功率高光束質量等突出優勢決定了其工作的穩定性、可靠性、簡約性和普及性，從而將開創一個飛秒激光應用普及的新時代，在眾多的基礎學科、高新技術、國防應用以及大科學工程中發揮其不可代替的重要的獨特作用。
天津大學在國際上同步開展了光子晶體光纖飛秒激光技術。在國際上率先研制成功全光子晶體光纖飛秒激光放大系統，進一步又成功實現了更高功率的多芯光子晶體光纖飛秒激光振蕩級和放大系統。在振蕩器中獲得了76飛秒的脈沖，在放大系統中獲得150兆瓦的峰值功率等世界領先水平的研究成果。在基礎研究的同時，將上述新型激光源實現了樣機化，滿足了國內外十余家研究單位的應用。2006年以來已經發表論文近200篇，發表在Applied Physics Letters、Optics Letters、Optics Express等二區以上高水平論文40余篇，被SCI他引數百次。其中基于光子晶體光纖彎曲損耗的可調諧濾波器一文被國際評論性雜志Photonics Spectra評價為迄今為止最簡單的可調諧濾波器。兩篇論文成為封面文章，一篇入選2009年“中國百篇最具影響國際學術論文”。授權專利13項。2007年入選全國百篇優秀博士論文1篇，2011年和2014年入選全國百篇優秀博士論文提名獎2篇。全國光子晶體光纖飛秒激光技術于2008年入選中國高等學校十大科技進展，并于2009年獲得教育部技術發明一等獎。在此基礎上開展了多個前沿領域的研究工作，在飛秒微納加工、高功率太赫茲時域光譜儀、生物光子學、遠距離精密測距等方面取得了不俗的成績。在國際上首次實現利用飛秒激光控制細胞鈣通道。在Nature Photonics、Scientific Reports等頂級期刊發表多篇論文。
轉載請注明出處。
相關文章
熱門資訊
精彩導讀
關注我們
