正如每位攝影師都知道的那樣,一個(gè)“閃光”可以凍結(jié)一個(gè)動(dòng)作,如果動(dòng)作發(fā)生的時(shí)間越短,則需要凍結(jié)它的“閃光”就相應(yīng)地要求越短,否則圖像就會(huì)出現(xiàn)虛影.飛秒脈沖作為光探針,對(duì)于觀察發(fā)生在飛秒時(shí)間量級(jí)的化學(xué)反應(yīng)來(lái)說(shuō)非常合適,可以很容易地記錄到各種分子與原子的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。

1999年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主AhmedZewail教授就是利用飛秒激光抽運(yùn)-探測(cè)技術(shù)成功地控制了化學(xué)鍵的成鍵與斷裂,觀察到了從反應(yīng)物到生成物的中間過(guò)程,從而獲此殊榮.但是對(duì)于發(fā)生在阿秒量級(jí)(1as≈10-18s)的物理現(xiàn)象,如原子內(nèi)電子的躍遷和弛豫過(guò)程,飛秒脈沖就顯得無(wú)能為力了.為了研究阿秒時(shí)間量級(jí)的超快過(guò)程中所發(fā)生的瞬態(tài)現(xiàn)象,就需要探索產(chǎn)生阿秒脈沖的各種可能的技術(shù)和方法。

單個(gè)阿秒脈沖產(chǎn)生與測(cè)量的實(shí)驗(yàn)原理圖

產(chǎn)生阿秒脈沖的原理方法

回顧一下從皮秒到飛秒技術(shù)的發(fā)展過(guò)程，我們可以看到有這么幾個(gè)條件是必要的：

一是新型增益介質(zhì)的出現(xiàn)。 增益介質(zhì)作為產(chǎn)生激光的三個(gè)必要條件之一，對(duì)于飛秒脈沖的產(chǎn)生來(lái)說(shuō)還必須要求具有寬的增益帶寬。根據(jù)傅里葉變換，增益帶寬與持續(xù)時(shí)間成反比，只有足夠的增益帶寬才能保證飛秒輸出目前通用的增益介質(zhì)。

二是采用新的激光技術(shù)。飛秒脈沖產(chǎn)生利用的是新的鎖模技術(shù)，其中克爾透鏡鎖模技術(shù)因?yàn)闄C(jī)制簡(jiǎn)單及操作方便已成為目前最常采用的飛秒激光脈沖產(chǎn)生技術(shù)。 

三是諧振腔鏡的鍍膜工藝及腔內(nèi)色散補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展。只有在寬帶膜及有效的高階色散補(bǔ)償?shù)谋ＷC下，才能得到10fs 以下的超短脈沖。但是當(dāng)飛秒脈沖要向更短的阿秒邁進(jìn)時(shí)，這種產(chǎn)生飛秒的方法卻不再適用。原因很簡(jiǎn)單，主要是受到光振蕩周期的限制。

眾所周知，可見(jiàn)光的振蕩周期大約是2fs，由于脈沖持續(xù)時(shí)間不可能短于一個(gè)光振蕩周期，所以在可見(jiàn)光波段不可能產(chǎn)生短于飛秒的光脈沖，要想實(shí)現(xiàn)阿秒脈沖必須在高頻區(qū)（如極紫外或軟X射線區(qū)）想辦法。

高次諧波產(chǎn)生的PaulCorkum模型