飞秒级超短脉冲激光束整形技术获突破

美国普度大学的工程专家近日在《自然光子学》网络版上宣称，他们可以对超短光脉冲的光谱性质进行精细调控，从而为制造更先进的传感器和更精密的实验室仪器、研发更高效的通讯技术奠定基础。 
 
在高速摄影中，常使用闪光灯来将快速运动的物体（如子弹）瞬间定格。激光脉冲与闪光灯有点类似，但速度要比闪光灯快上百万倍，其闪光时间只能持续1皮秒（一万亿分之一秒）到1飞秒（一千万亿分之一秒）。
 
普度大学电子与计算机工程学院著名科学家安德鲁·韦纳教授介绍说，如果把一个脉冲从开始到结束的光的性质用图形表示出来，由于光的强度变化，不同时段的光将呈现出不同的特定形状。“脉冲整形”就是指对这些光的强度进行精细的调控。
 
如果把激光脉冲分割成几十万个片断，每一个片断都代表了组成该脉冲的光谱中各不相同的一小部分。这些片断通常称为“梳状线带”，因为将它们用图形表示出来时，就好像一个个的梳子齿一样。整个的脉冲列则称为“飞秒光学频率梳”。
 
在这项新的研究中，韦纳及其小组成员对一个单脉冲“飞秒光学频率梳”中的100条“梳状线带”进行了精确的“脉冲整形”，这在世界上还是首次。
 
通过精确控制激光脉冲的精细频率结构，研究者希望制造更先进的、可以检测和测量有害物质及污染物的光学传感器，以及用于实验室的超灵敏光谱仪；开发基于光学的通讯系统，这种系统传输的信息容量将大大增加，同时带宽将增加，传输质量也会更好。
 
但要完全实现这样的目标，需要精确调控每个单脉冲中的10万到100万条“梳状线带”。韦纳认为，尽管前面还会面临巨大挑战，但目前取得的成果是一个具有重要意义的里程碑。