图1.物质微观体系中各瞬态现象的时间尺度
 

对物质微观体系超快现象的研究不仅可以使我们认识物质的本质，而且还可以发现控制和改变与物质变化相关的瞬态过程从而产生新的物质，更好地为人类服务。探索和控制物质内部的超快过程，就需要超短脉冲激光。所谓超短脉冲激光是指脉冲的持续时间（也就是脉冲时间宽度）相当于或短于微观体系中快速变化过程时间的激光束，即通常所说的皮秒，飞秒或阿秒脉冲激光。超短脉冲激光之所以能用于瞬态现象的探测，是利用超短脉冲激光的持续时间非常短的特点，类似于高速照相机拍摄快速变化的过程，如见图2所示的排球跳发球的过程，利用高速摄影机就可以将跳发球这个快速变化的过程分解为各个单独的动作。我们可以把激光脉冲当作闪光灯，当一个激光脉冲照过来时，相当于闪光灯曝光一次，从而记录一幅照片，当一幅幅照片记录下来，连续播放就可以显示其动态变化过程。激光脉冲的时间宽度决定了曝光时间，所以用超短脉冲激光可以观察到物质内部原子、分子甚至电子的运动过程。

图2，用高速相机拍摄排球跳发球的过程
 

　　超短脉冲激光是人们研究探测物质微观体系瞬态现象的唯一工具，目前最为成熟和广泛使用的是飞秒激光和皮秒激光。作为超短脉冲激光研究最前沿的内容，国际上有多个研究组也已实现了阿秒脉冲激光输出。中国科学院物理研究所从1997年系统开始了飞秒激光技术的发展研究，迄今已在飞秒激光的产生、放大、压缩、同步、频率扩展及载波包络相位测量与控制等方面取得了系列有重要影响的进展，并建成当时国际上峰值功率最高的1.16PW飞秒超强钛宝石激光装置及国内首台阿秒激光装置。针对皮秒及飞秒激光的广泛应用，近年来在部分成果可靠性研究的基础上，联合盐城物科光电有限公司进一步研发了自动控制的飞秒激光振荡器、太瓦级高峰值功率飞秒激光器、高重复频率飞秒激光放大器、宽调谐飞秒参量激光器、高平均功率的全固态飞秒及皮秒激光器等器件，迄今已提供国内外多家单位成功进行了多项超快现象和强场物理相关的研究，显示了国产超短脉冲激光产品在性能质量及运行维护方面的显著优势，为国产超短脉冲激光的产业化发展发挥了积极的作用。下图是部分超短脉冲激光产品照片。

图3.亚20fs一体化自动控制飞秒钛宝石激光振荡器

图4. 飞秒钛宝石激光放大器（重复频率1kHz, 单脉冲能量大于4mJ）

　　

图5. 光纤飞秒激光器

　　

图6. 全固态皮秒激光放大器