德國大力發(fā)展超快激光技術(shù)

    激光技術(shù)在德國經(jīng)濟中發(fā)揮重要作用，全球銷(xiāo)售40%光源和20%激光材料加工系統來(lái)自于德國。對于用于制造業(yè)的激光器，德國企業(yè)更是走在前列。

　　為了維護并鞏固這些優(yōu)勢，德國教育研究聯(lián)邦機構(BMBF)成立了數字光子生產(chǎn)(DPP)研究基地，并每年資助200萬(wàn)歐元，連續資助15年。亞琛工業(yè)大學(xué)，弗勞霍夫激光技術(shù)研究所(ILT)聯(lián)合其他企業(yè)合作的Femto光子產(chǎn)品聯(lián)合研究項目為超快激光器應用于材料加工制造奠定基礎。

　　DPP研究基地建立大學(xué)和弗勞霍夫以及來(lái)自企業(yè)的28個(gè)合作伙伴之間的長(cháng)期系統合作模式。合作的目標是面向應用的基礎研究的資源共享。至于具體內容，DPP研究基地專(zhuān)注于利用激光器作為新工具的研究新方法和基本物理效果，特別是未來(lái)主題，如能源、健康、安全，信息和通信技術(shù)。

　　亞琛工業(yè)大學(xué)，弗勞霍夫激光技術(shù)研究所(ILT)聯(lián)合其他企業(yè)合作的三個(gè)項目：研究新型VCSEL光源的納米光子產(chǎn)品；為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)附加制造方法的直接光子產(chǎn)品；以及Femto光子產(chǎn)品主要目標是進(jìn)一步開(kāi)發(fā)超快激光制造方法。

　　Femto光子產(chǎn)品項目于2014年10月份啟動(dòng)，預計持續五年，由亞琛工業(yè)大學(xué)牽頭，目標是更好地理解現代材料加工涉及的基礎科學(xué)。研究?jì)热葜饕性诰哂休^大電子帶隙的材料上，換句話(huà)說(shuō)，具有高透明度的材料，如玻璃、藍寶石和鉆石。

　　超快激光器代表在材料或器件上生成新功能的光學(xué)加工系統，然而，超短激光脈沖與透明材料吸收效應之間的相互作用的基本過(guò)程仍然沒(méi)有充分被人們理解。本項目所研究的與未來(lái)應用相關(guān)的許多種材料，都是透明的，這也意味著(zhù)只能使用復雜激光工藝加工他們。聯(lián)合項目的核心是基礎科學(xué)分析、模擬、激光輻射與透明材料相互作用的闡述。

　　基于這些基礎研究結果，各類(lèi)激光器的最佳性能參數連同校正光學(xué)系統解決方案一起由所有相關(guān)材料級別決定，最終根據實(shí)驗結果和項目企業(yè)伙伴共同評估。這些研究項目的目標之一是使電子器件的激光加工成為顯示器、現代LEDs和功率晶體管的一種可行選項。

　隨著(zhù)激光技術(shù)飛速發(fā)展，超快激光出現了人們的視線(xiàn)之中，它具備獨特的超短脈沖、超強特性，能以較低的脈沖能量獲得極高的峰值光強。超短脈沖啁啾放大技術(shù)(Chirped Pulse Amplification，CPA)的出現使超快激光的強度得到大大提高。與傳統長(cháng)脈沖激光及連續激光不同，超快激光有著(zhù)超短的激光脈沖，這使得激光脈沖的頻譜寬度相當大。這樣寬的頻譜在進(jìn)行諸如原子能級研究，激光選鍵化學(xué)等方面都具有重要的應用。利用超快激光脈沖短的特點(diǎn)，可以采用泵浦-探測的方式，將激光脈沖與物質(zhì)相互作用現象在不同的時(shí)刻照相，以期獲得整個(gè)過(guò)程的特點(diǎn)。這個(gè)方法已經(jīng)被應用到各個(gè)領(lǐng)域，如在原子與分子反應動(dòng)力學(xué)研究中以及觀(guān)察電子的運動(dòng)，利用飛秒激光脈沖甚至阿秒脈沖，通過(guò)泵浦-探測的方法觀(guān)察到反應過(guò)程。聚焦后的超快激光，其峰值功率密度超過(guò)1013W/cm2時(shí)，所產(chǎn)生的電場(chǎng)強度就已經(jīng)大于原子的內電場(chǎng)。它提供的極強極高的電場(chǎng)，能夠超過(guò)價(jià)帶電子的束縛力，使分子、原子的電子體系發(fā)生巨大變化。利用這個(gè)特性，人們可以研究由于超快激光導致原子內部產(chǎn)生的奇特現象。并且，超快激光還顯示出其它不同的特性，如熱影響區域小、作用效果能夠超過(guò)光學(xué)衍射極限、優(yōu)秀的空間選擇特性。

　　超快超強激光脈沖與物質(zhì)的相互作用是是當前最活躍的研究課題之一。它在新型的粒子加速器、超快高能X射線(xiàn)光源等方面，都有著(zhù)廣泛的應用前景。同時(shí)，它包含多方面理論和實(shí)驗研究?jì)热莸恼n題，涉及到物理學(xué)的許多重要分支,如激光物理、原子分子物理、非線(xiàn)性光學(xué)、等離子體物理、熱力學(xué)等。隨著(zhù)超短激光脈沖技術(shù)的不斷發(fā)展，實(shí)驗上己經(jīng)能夠產(chǎn)生高強度的周期量級超短脈沖，為光與物質(zhì)的相互作用研究提供了前所未有的實(shí)驗手段和極端的物理條件,開(kāi)拓了光與物質(zhì)相互作用的嶄新的研究領(lǐng)域，產(chǎn)生了所謂的極端非線(xiàn)性光學(xué)，大大豐富了光學(xué)的研究?jì)热?，將激光與原子、分子、離子、電子團簇以及等離子體等各種形態(tài)的物質(zhì)之間的相互作用研究拓展到高度非線(xiàn)性和相對論的強場(chǎng)范圍。

　　超快超強激光與物質(zhì)的相互作用過(guò)程中，隨著(zhù)激光強度的不斷提高，各種非線(xiàn)性效應不斷增強，出現了高次諧波、閾上電離、隧穿電離等現象，并且周期量級超短激光脈沖失去了波動(dòng)現象所特有的周期性特征，從而導致一系列全新的物理現象與規律。它提供了一種新的實(shí)驗工具應用于相干控制、非線(xiàn)形光學(xué)以及新近興起的亞周期電子波包的控制等領(lǐng)域，并提供了一種新的時(shí)間測量尺度-阿秒，將可能對眾多學(xué)科領(lǐng)域產(chǎn)生重要影響。