激光正成為無數設備和行業不可或缺的組成部分。當激光的光束與納米級材料表面相互作用時，它會發出一種被稱為“等離子體激元”（plasmon）的光波，而給定等離子體激元的屬性可以傳遞信息。在光學傳輸中，激光將光泵入一個稱為“可飽和吸收器”的部件，以產生光信號。激光技術在工業加工中也有廣泛的用途，如零部件的精密清洗，高功率切割、焊接，微加工的鉆孔、劃線、細磨、精拋、切割、紋理、剝除、隔離等。在工業制造領域，工程師們很早就嘗試利用激光進行微加工。但是由于激光的長脈沖寬度和低激光強度造成材料熔化并持續蒸發，雖然激光束可以被聚焦成很小的光斑，但是對材料的熱沖擊依然很大，限制了加工的精度。唯有減少熱影響才能提高加工質量。當精度要求達到一微米的時候，超短脈沖激光對于精密清洗、高精度的拋光、表面重塑與焊接，或以其他方式修改大量的材料來說是最棒的工具。超短脈沖激光，是指超快激光器輸出激光的脈沖寬度在皮秒（10－12秒）級別、或小于皮秒級別的脈沖激光。根據輸出激光的脈寬不同，超短脈沖激光又可分為皮秒激光、飛秒激光、阿秒激光。超短脈沖激光增加高脈沖的能量極大地改變光物反應。一般情況下，脈寬越窄，加工精度越高。激光以不同的脈沖時間作用到材料商，所產生的效果也是天壤之別：當激光以納秒量級的脈沖時間進行工作時，可以實現很高的脈沖能量、峰值功率和平均功率，為微型機械加工應用
當激光以皮秒量級的脈沖時間作用到材料上時，加工效果會發生顯著變化。隨著脈沖能量急劇上升，高功率密度足以剝離外層電子。由于激光與材料相互作用的時間很短，離子在將能量傳遞到周圍材料之前就已經從材料表面被燒蝕掉了，不會給周圍的材料帶來熱影響，因此也被稱為“冷加工”。
當激光以飛秒的脈沖時間作用于材料表面時，激光器可以輸出具有高達千瓦量級的平均功率，幾百飛秒（fs）量級以下的脈沖寬度。在重復頻率為1kHz至100MHz量級的情況下，其脈沖能量可以跨越毫焦（mJ）至納焦（nJ）量級，脈沖峰值功率可以高達GW至TW量級。
這種集高脈沖能量、高脈沖峰值功率以及高脈沖重復頻率于一體的激光器可以高效地加工出比連續或者長脈沖激光更加精細的機械結構。
超短脈沖加工能量極快地注入很小的作用區域，瞬間高能量密度沉積使電子吸收和運動方式發生變化，避免了激光線性吸收、能量轉移和擴散等影響，從根本上改變了激光與物質相互作用機制。同普遍化的激光加工一樣，屬于無接觸式加工，使用超短脈沖激光在微加工中特有優勢，包括增強的尺寸精度和更嚴格的公差，減少損害并去除后續處理步驟。這項黑科技在超短脈沖激光在基礎研究、工業加工和光通信等廣泛領域有重大應用，目前各大國正在加緊研究，以此實現技術上的更新迭代。近期，亞利桑那州立大學電氣工程副教授Yu Yao和她在亞利桑那州立大學光子學創新中心的研究團隊設計了一種更快、更節能的納米級激光元件，稱為石墨烯-等離子體混合元結構飽和吸收體，簡稱GPSMA。GPSMA在通信、信息處理、光譜學和生物醫學等行業具有潛在的應用前景。吸收劑可用于提高速度、效率和整體性能，以推進數據傳輸、信息處理、生物醫學傳感和成像技術。由于它在光學調制和飽和吸收方面具有有益的特性，Yu Yao的團隊在他們的開發過程中加入了一種人工工程金屬-石墨烯混合材料。他們通過設計一種光學天線陣列，將光聚焦到材料的納米級間隙，即所謂的熱點，以促進吸收，通過將激光聚焦在這些熱點上，他們觀察到性能的提高和能量消耗的減少。他們的新技術將為紅外激光光譜和高速光信號通信(光纖電纜和衛星通信)開辟新機遇。激光武器聽起來就是一種非常科幻化的應用。如今，美國現在就有了一種超短脈沖激光的出現，很多人都已經對這種武器進行了持續的關注，這款武器所產生的脈沖光都是小于一納秒的，通過這種計算模式看下來，它被稱為超短脈沖光激光武器，也確實在意料范圍之中。據悉，這款武器所產生的脈沖光都是小于一納秒的，通過這種計算模式看下來，它被稱為超短脈沖光激光武器，也確實在意料范圍之中。功率增強100萬倍，這樣的優勢呈現創造了更多的可能，在后續的發展和運用過程當中，表現也會越發明顯。中國科學院上海光學精密機械研究所高功率光纖激光技術實驗室研究團隊提出了一種非線性光學增益調制技術，可以將單頻連續激光轉換為高相干飛秒脈沖。該方法是獲得波長靈活超快脈沖的全新技術手段。西安光機所光子制造系統與應用研究中心持續在高功率大能量超短激光脈沖放大技術研究方面進行攻關，研究團隊采用特種玻璃光纖級聯單晶光纖的混合式放大技術，實現了100千赫茲重頻下近毫焦級能量的超短脈沖放大輸出，最大放大輸出功率92.9瓦，對應單脈沖能量達929微焦，通過基于溫度梯度的寬帶大色散啁啾光纖光柵和高衍射效率光柵對壓縮器進行精密的色散匹配，將中心波長1030納米，譜寬僅2.4納米的超短脈沖壓縮至335飛秒（洛倫茲擬合的傅里葉轉換極限脈沖寬度325飛秒），壓縮后輸出脈沖能量達800微焦，對應峰值功率大于2.38吉瓦，是目前基于單晶光纖在百千赫茲重復頻率下獲得的最大峰值功率的超短脈沖輸出，對輸出的激光光束質量進行測試，光束質量因子（M2）優于1.3。該項研究工作獲得了國家自然科學基金重大項目課題、中科院西部青年學者項目、陜西省兩鏈融合專項、中科院弘光專項、陜西省科技新星等項目支持。研究成果可為科學與技術研究、超快激光加工等領域提供新型高效光源技術手段。
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