什么是飞秒激光

YXsensing

简介
飞秒（英语为 femto second，简写为 fs），是度量时间长短的一种计量单位。飞秒这个单位非常的小，1 飞秒1秒的一千万亿分之一[1] 。即使是自然界中速度最快的光速（30 万千米/秒），在 1 飞秒内，也只能走 0.3μm，这个距离甚至不到一根头发丝的百分之一。
飞秒激光具有以下几个特点：首先是飞秒激光持续的时间及其短，只有几个飞秒，它比利用电子学方法所获得的最短脉冲还要短几千倍，是人类目前在实验条件下所能获得的最短脉冲；其次是飞秒激光具有非常高的瞬时功率，可以达到百万亿瓦，比目前全世界发电总功率还要多出上百倍；再次是飞秒激光能聚焦到比头发的直径还要小的空间区域内，使电磁场的强度比原子核对其周围电子的作用力还要高出数倍，而其中许多的极端物理条件是地球上所不存在的，以及用其他的方法也不可能得到的。由于飞秒激光的峰值功率超高，经过聚焦后，其光强能达到 1022W/cm2量级。这样的强度远超过原子内部相互作用库伦场，所以，飞秒激光脉冲能轻易将电子脱离原子的束缚，形成等离子体。例如，氢原子的库伦场强为 5×1011V/m，而 1m J 的飞秒激光脉冲经过聚焦后，能达到 1012V/m 量级，所以能使氢原子电离。
用途
飞秒激光有什么用途呢？众所周知，物质是由分子和原子组成的，但是它们不是静止的，都在快速地运动着，这是微观物质的一个非常重要的基本属性。飞秒激光的出现使人类第一次在原子和电子的层面上观察到这一超快运动过程。基于这些科学上的发现，飞秒激光在物理学、生物学、化学控制反应、光通讯等领域中得到了广泛应用。特别值得提出的是，由于飞秒激光具有快速和高分辨率特性，它在病变早期诊断、医学成象和生物活体检测、外科医疗及超小型卫星的制造上都有其独特的优点和不可替代的作用。
在微加工领域，由于其对材料周围影响极小，能安全的切割，打孔、雕刻，甚至应用于集成电路的光刻工艺中。在国防领域，飞秒激光应用在安全切割高爆炸药，拆除废旧退役的火箭，炮弹等。在医学领域，飞秒激光像一把精密的手术刀，用于治疗近视，美容等方面。在生物学领域，飞秒激光轰击细胞 DNA，使其发生突变，用于研究基因变化的各种影响。 在环境领域，飞秒激光 LIBS 技术测量大气污染成分，检测环境污染水平。在科研领域，飞秒激光更是无处不在。随着飞秒激光技术的发展，飞秒激光能在更多领域获得更多的应用。[2]
物质在高强度飞秒激光的作用下会出现非常奇特的现象：气态、液态、固态的物质瞬息间变成了等离子体。这种等离子体可以辐射出各种波长的射线的激光。高功率飞秒激光与电子束碰撞能够产生硬X射线飞秒激光，产生β射线激光，产生正负电子对。
高功率飞秒激光在医学、超精细微加工、高密度信息储存和记录方面都有着很好的发展前景。高功率飞秒激光还可以将大气击穿，从而制造放电通道，实现人工引雷，避免飞机、火箭、发电厂因天然雷击而造成的灾难性破坏。利用飞秒激光能够非常有效地加速电子，使加速器的规模得到上千倍的压缩。高功率飞秒激光与物质相互作用，能够产生足够数量的中子，实现激光受控核聚变的快速点火。从而为人类实现新一代能源开辟一条崭新的途径。
特点
1、飞秒激光是我们人类目前在实验条件下能够获得的最短脉冲，它的精确度是± 5 微米;
2、飞秒激光有非常高的瞬间功率，它的瞬间功率可达百万亿瓦，比全世界的发电总功率还要多出上百倍;
3、物质在飞秒激光的作用下会产生非常奇特的现象，气态的物质、液态的物质、固态的物质瞬间都会变成等离子体;
4、飞秒激光具有精确的靶向聚焦定位特点，能够聚焦到比头发的直径还要小的多的超细微空间区域;
5、用飞秒激光进行手术，没有热效应和冲击波，在整个光程中都不会有组织损伤。