美国普度大学的工程专家近日在《自然光子学》网络版上宣称，他们可以对超短光脉冲的光谱性质进行精细调控，从而为制造更先进的传感器和更精密的实验室仪器、研发更高效的通讯技术奠定基础。
在高速摄影中，常使用闪光灯来将快速运动的物体（如子弹）瞬间定格。激光脉冲与闪光灯有点类似，但速度要比闪光灯快上百万倍，其闪光时间只能持续1皮秒（一万亿分之一秒）到1飞秒（一千万亿分之一秒）。
普度大学电子与计算机工程学院著名科学家安德鲁·韦纳教授介绍说，如果把一个脉冲从开始到结束的光的性质用图形表示出来，由于光的强度变化，不同时段的光将呈现出不同的特定形状。“脉冲整形”就是指对这些光的强度进行精细的调控。
如果把激光脉冲分割成几十万个片断，每一个片断都代表了组成该脉冲的光谱中各不相同的一小部分。这些片断通常称为“梳状线带”，因为将它们用图形表示出来时，就好像一个个的梳子齿一样。整个的脉冲列则称为“飞秒光学频率梳”。
在这项新的研究中，韦纳及其小组成员对一个单脉冲“飞秒光学频率梳”中的100条“梳状线带”进行了精确的“脉冲整形”，这在世界上还是首次。
通过精确控制激光脉冲的精细频率结构，研究者希望制造更先进的、可以检测和测量有害物质及污染物的光学传感器，以及用于实验室的超灵敏光谱仪；开发基于光学的通讯系统，这种系统传输的信息容量将大大增加，同时带宽将增加，传输质量也会更好。
但要完全实现这样的目标，需要精确调控每个单脉冲中的10万到100万条“梳状线带”。韦纳认为，尽管前面还会面临巨大挑战，但目前取得的成果是一个具有重要意义的里程碑。
飞秒激光脉冲宽度极短，聚焦后可在较低的脉冲能量下获得极高的峰值功率密度，焦点处的光电场强 度比原子内部库仑电场还要高。由于作用时间极短，能量还没来得及扩散，材料已经被加热到极高的温度，直接以气相蒸发，这样在材料内形成很大的温度梯度。并且，材料以气相蒸发带走大部分热量，热扩散对焦点周围影响很小，这样就克服了困扰长脉冲激光加工过程中热扩散带来的材料变形和熔化现象，可实现高精密加工。在金属材料微加工、薄膜材料的加工、透明材料加工、高分子材料微加工、双光子聚合方面有广泛的应用。飞秒激光超微细加工与先进的制造技术紧密相关，对某些关键工业生产技术的发展可以起到更直接的推动作用。它已经成为当今世界激光、光电子行业中的一个引人瞩目的前沿研究方向。
