飞秒激光是超快激光的一种，并且是当前能够工业化应用的、较为前沿的超快激光，它可以实现微米尺度的精密制造，被广泛应用于半导体、航空航天、生物医疗、科学仪器等领域。

       昨天读到一篇论文，作者王立众详细梳理了超快激光的发展历程，我编辑分享给大家。希望这些关于超快激光“前世今生”的故事，能帮助我们更好地了解、利用飞秒激光工艺。

1960｜第一台激光器诞生

       美国物理学家西奥多·哈罗德·梅曼（Theodore Harold Maiman）制造出了第一台激光器。这种激光器由宝石晶体制成，输出第一束波长为 694 纳米的红色激光。1960 年 8 月，梅曼在Nature 上发表了题为《红宝石的光散射作用》的论文。由于在激光上的贡献，梅曼获得过多个奖项，1984 年入选“美国发明家名人堂”。

1961｜纳秒短脉冲激光器出现

       在红宝石激光器上通过调 Q 技术首次实现了脉冲宽度仅为几十纳秒的短脉冲激光输出，最短脉冲脉宽为 10 纳秒。调 Q 技术由于受到激光器腔长的限制（2L/c，L 为激光器谐振腔长度，c 是光速），脉冲宽度只能达到纳秒量级。

1964｜实现主动锁模纳秒级激光脉冲输出

       基于相位锁定技术的进一步发展，激光器各自独立振荡的多纵模可以被调整成时间有序的纵模。通过锁模技术首次在氦氖激光器上实现了主动锁模的纳秒激光脉冲输出。

1975｜提出激光冷却概念

       汉斯（T. W. Hänsch）和肖洛（A. L. Schawlow）提出激光冷却的想法。激光冷却是利用激光和原子的相互作用减速原子运动以获得超低温原子的高新技术。 

1976｜实现亚皮秒超短激光脉冲输出

       科学家将可饱和染料吸收体运用在宽带可调染料激光介质体系中，首次实现了亚皮秒的超短激光脉冲输出。

1981｜“超快激光”概念被广泛使用

       碰撞脉冲锁模（CPM）技术的发明带来了飞秒激光的研究热潮。通过腔外压缩技术相继获得了 8 飞秒和 6 飞秒的最短脉冲世界纪录，将激光脉冲推进到了前所未有的飞秒时代。“超快激光”逐步代替了“超短脉冲激光”这一传统术语。

1985｜高峰值功率激光放大系统日趋成熟

       1985 年，法国巴黎综合理工学院的杰拉德 · 穆鲁（Gérard Mourou）和加拿大滑铁卢大学的唐纳 · 史翠克兰德（Donna Strickland）等科学家发明了啁啾脉冲放大（CPA）技术，即由锁模激光振荡器产生的种子脉冲首先经过展宽器进行展宽，将其脉冲宽度增大、峰值功率降低。展宽后的脉冲进入放大器进行放大。由于此时峰值功率已经降低，可以在不破坏系统元件的情况下提取更多能量。放大后的脉冲经过压缩器进行压缩，将脉冲宽度恢复至展宽前。由于获得了更多能量，峰值功率可以提高几个数量级。在 CPA 技术的推动下，高峰值功率激光放大系统日趋成熟，所产生的聚焦功率密度最高达到 1022 W/cm2，进入了相对论光强领域。

1990s｜自锁模技术助力超快激光发展

       随着掺钛蓝宝石（钛宝石）晶体越来越多地用于激光增益介质，自锁模（克尔透镜锁模，KLM）可以持续运行，不仅大大简化了复杂的锁模激光结构，而且输出功率也大大超过染料飞秒激光，结合 CPA 技术，在约十年的时间里峰值功率从最初约吉瓦（GW）提高到了 1.5 拍瓦（PW）的水平，同时太瓦（TW）级的桌面钛宝石激光也成为许多大学实验室广泛使用的标准产品，创造了超快激光的超强时代。

2001｜开启超快激光的阿秒时代

       奥地利的费伦茨 · 克劳斯（Ferenc Krausz）研究团队等基于少周期飞秒钛宝石激光与惰性气体相互作用产生的高次谐波及振幅选通与测量技术，首次实现了单个阿秒脉冲的测量，得到了 650 阿秒激光，开启了超快激光的阿秒时代，成为激光历史上具有里程碑意义的重要进展。

2000s｜激光物理领域开创性的发明

       随着超快激光技术的不断发展和完善，该技术得到了广泛的应用并逐渐成熟。这个阶段的主要成果是实现了从低功率到高功率的跨越，以及光束质量的显著提高。在这个阶段，超快激光器在各个领域得到了广泛应用和认可，如工业制造、医疗、科研等领域。随着高能量密度激光器的研发成功，超快激光技术实现了从传统光纤激光器到高能量密度激光器的跨越。这为超快激光技术的进一步发展提供了新的可能性。

2018｜激光物理领域开创性的发明

       2018 年度的诺贝尔物理学奖授予“激光物理领域开创性的发明”，其中一半奖金授予美国贝尔实验室的阿瑟 · 阿什金（Arthur Ashkin），表彰他在“光镊及其在生物系统中的应用”领域所做的开创性工作；另一半奖金由法国巴黎综合理工学院的 Gérard Mourou 和加拿大滑铁卢大学的 Donna Strickland 共同分享，以表彰他们在“产生高强度、超短光脉冲方法”方面的工作。

       其中，唐纳 · 史翠克兰德也成为了自 1901 年至今 100 多年来，第三位获得诺贝尔物理学奖的女性科学家。他们提出的啁啾脉冲放大（Chirped Pulse Amplification，CPA）技术为产生超短超强光脉冲提供了一种全新高效方法。

2023｜阿秒光脉冲相关实验方法

       2023 年诺 贝 尔 物 理 学 奖 被 联 合 授 予 阿戈斯 蒂 尼（Pierre Agostini）、 克劳斯（FerencKrausz）和吕利耶（Anne L’Huillier），以表彰他们创造了产生阿秒光脉冲的实验方法用来研究原子、分子和物质中的电子动力学。

       瓦里拉斯（Rocio Borrego Varillas）、 卢基 尼（Matteo Lucchini）和尼索利（Mauro Nisoli）发表了一篇全面的综述文章，描述了获奖者的研究对他们工作的促进作用：在利用强大的激光效应将探测时间范围放到阿秒尺度时，他们可以看到电子在原子、分子和物质的凝聚相中的移动过程。2023 年的诺贝尔物理学奖打开了海森堡无法想象的窗口，可以探索以前无法观察到的现象。