飞秒脉冲的直接用途就是时间分辨光谱学。用飞秒脉冲来观测物理,化学和生物等超快过程,飞秒脉冲可作共焦显微镜的光源,来作生物样品的三维图象〔27〕。用飞秒脉冲作光源的光学相干断层扫描(optical coherence tomography,简称OCT)可观察活体细胞的三维图象〔28〕,此时并不是利用飞秒脉冲的时间特性,而是利用飞秒光源的宽谱线,来产生类似白光的干涉,利用飞秒脉冲在半导体中激发的声子的反射可用来实时测量半导体薄膜的厚度〔29〕,以监测半导体薄膜的生长,用飞秒脉冲来作微型加工,打出的孔光滑而没有毛刺〔30,31〕,因为飞秒脉冲不是靠热效应先熔化再蒸发,而是靠强场直接蒸发材料,飞秒脉冲用作光通信的光源,可把现有的通信速度提高几百倍,高能量的飞秒脉冲激光与等离子体相互作用可产生高次谐波及X-射线,并有可能用于受控核聚变〔1〕,人们还尝试用飞秒脉冲产生的兆兆赫兹辐射,来检测集成电路的包装质量〔32〕,甚至肉类制品的脂肪含量。总之,飞秒脉冲的应用很多,问题是,什么是最有价值的应用?这里有两种可能的情形:
①在某些应用中,飞秒脉冲有其绝对的应用价值,即没有飞秒脉冲就不行,例如飞秒脉冲光谱学,超高速光通信等;
②另一方面,飞秒脉冲有其相对应用价值,即用飞秒脉冲可能做得更好,例如比现存的技术,核磁共振,X-射线,雷达,电子加速器等等,更简便易行,能源消耗更少,更小型化。
随着飞秒脉冲激光器的进一步发展和完善,一定能开辟出更多的应用前景。值得注意的是,每当研究发展到一定阶段,各国的研究人员中就有一批人从研究小组分离出来,把研究成果转化为产品,当然原有的激光器公司也注意吸收新的研究成果。例如当时还在罗彻斯特大学的巴窦(P.Bado)早在1985年就成立了自己的公司麦道克斯(Medox),生产高速光开关,后来随着飞秒脉冲放大技术的发展,他又与生产飞秒脉冲激光器的克拉克仪器(ClarkInstruments)公司联合成立了克拉克-麦道克斯(Clark-MXR)公司,专门生产飞秒脉冲固体,光纤激光器和放大器,及其周边仪器,华盛顿州立(Washington State)大学莫内恩与其丈夫卡普廷(H.Kapteyn)在创造了11-fs钛宝石激光器以后,虽然没有脱离大学(现均移往密西根大学任教),却成立了以他们夫妇名字命名的业余公司“KM-Laboratory”,出售他们制造的10-fs激光器,维也纳工业大学的克劳斯小组中的施丁格尔(A.Stingl)等几个人也独立出来成立公司叫Femto Lasers,出售他们制造的使用色散反射镜的亚10-fs激光器,匈牙利固体物理研究所的采波奇也“停薪留职”,成立了Laser Optics公司,利用匈牙利固体物理研究所的设备,生产飞秒脉冲激光器用的色散反射镜,用他自己的话说,是他在“养活”研究所里的其他人,另一对以飞秒脉冲研究出名的夫妇凯勒和维因咖顿(K.Weingarten)更有趣,一个仍在大学做教授,另一个退出了美国光波公司(Lightwave Electronics)而随妻凯勒来到瑞士创办了一个叫“时间带宽积”的公司(Time-bandwidth Products),生产凯勒发明的用可饱和吸收镜启动锁模的飞秒脉冲激光器,两大激光器公司相干公司和光谱物理公司也当仁不让,倚仗它们雄厚的实力从泵浦激光器,飞秒脉冲振荡器,放大器到参量振荡器各个领域与群雄展开全面竞争。
在国家科技战略方面,美国的做法是支持几个重点大学和国家实验室,例如密西根大学的超快光学中心,加州大学圣迭哥分校的强场物理实验室,劳仑斯-利物莫实验室等。日本则是以通产省大型“产(产业)官(官厅,即国家实验室)学(大学)”研究项目的形式,于1996年开始了所谓“飞秒技术计划”,集中了日本几乎所有的知名大公司,国家实验室和大学,还拉上了美国的贝尔实验室,开展飞秒脉冲技术的研究,目标是在兆兆比特高速通信技术方面独占鳌头。
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