光脈沖是光的閃爍，特別是非常短的光脈沖通常由激光器(激光脈沖)產(chǎn)生，并以高度定向的輻射形式傳遞，即激光束。

由于光頻率極高，當(dāng)光的帶寬跨越平均頻率的顯著部分時，光脈沖可以非常短暫(超短)。例如，具有300 THz中心頻率(相當(dāng)于1 μm波長)的高斯脈沖可以很容易地具有30 THz的帶寬，這已經(jīng)對應(yīng)于約15飛秒的脈沖持續(xù)時間，如果脈沖是變換極限的話。

直接由激光器(被動模鎖鈦寶石激光器)產(chǎn)生的最短光脈沖持續(xù)時間約為5飛秒，僅對應(yīng)于幾個光周期(幾個周期的脈沖)。應(yīng)用于類似脈沖的脈沖壓縮技術(shù)可以實現(xiàn)非常少飛秒的脈沖持續(xù)時間，而高次諧波產(chǎn)生甚至可以產(chǎn)生阿秒脈沖。另一方面，許多具有商業(yè)重要性的激光源(特別是Q開關(guān)激光器)產(chǎn)生納秒脈沖(通常具有可觀的脈沖能量)，被認為是短脈沖但不是超短脈沖。納秒脈沖(來自納秒激光器)在激光材料加工等許多重要應(yīng)用中也有很多重要作用。

根據(jù)所需的脈沖持續(xù)時間、脈沖能量和脈沖重復(fù)率，使用不同的脈沖產(chǎn)生、脈沖壓縮和脈沖表征方法，總體上覆蓋了極其廣泛的參數(shù)范圍。

一、高峰值功率和強度

由于脈沖持續(xù)時間短且具有強聚焦的潛力，即使在脈沖能量適中的情況下，光脈沖也可以用于產(chǎn)生極高的光強度。例如，僅具有10毫焦耳能量的10飛秒脈沖具有約1 TW(1千兆瓦)的峰值功率，相當(dāng)于大約1000個大型核電站的總功率。這種功率可以輕松聚焦到直徑僅為幾微米的點上。因此，放大的超短脈沖對于高強度物理學(xué)非常重要，用于研究諸如多光子電離、高次諧波產(chǎn)生或產(chǎn)生阿秒持續(xù)時間的更短脈沖等現(xiàn)象。

二、光脈沖的表征

有各種方法可用于測量或在其他方面表征脈沖的持續(xù)時間。特別是對于測量超短脈沖的持續(xù)時間，純光學(xué)技術(shù)非常重要，因為電子技術(shù)對于此類目的太慢了。

三、單發(fā)或重復(fù)脈沖產(chǎn)生

納秒脈沖持續(xù)時間范圍內(nèi)的短激光脈沖典型地以單發(fā)模式(按需脈沖，脈沖之間有長且可能不規(guī)則的間隔)或重復(fù)模式生成，其脈沖重復(fù)率通常在千赫茲范圍內(nèi)。相比之下，超短脈沖(即持續(xù)時間在皮秒或飛秒范圍內(nèi))通常以高重復(fù)頻率的脈沖列形式生成，重復(fù)頻率可以達到許多兆赫或甚至許多千兆赫。

四、脈沖串

在某些情況下，激光源不會產(chǎn)生周期性的脈沖序列，而是周期性的脈沖串序列，其中每個脈沖串由一些數(shù)量的短或超短脈沖組成。在較大的脈沖串中，可以具有高的脈沖重復(fù)率，例如兆赫或千兆赫范圍內(nèi)，而脈沖串的重復(fù)率可以更低，例如千赫茲范圍甚至更低。

五、脈沖傳播

媒介中的脈沖傳播具有許多有趣的方面。透明介質(zhì)中脈沖的峰值以群速度而不是相速度傳播。色散可以導(dǎo)致脈沖的時間展寬(有時也可壓縮)。對于高峰值強度，光非線性可以強烈影響脈沖傳播;通常它們會導(dǎo)致脈沖展寬，但也有可能發(fā)生強非線性壓縮。

除了實驗測試外，還可以使用各種數(shù)值模擬方法研究脈沖傳播的細節(jié)。在某些情況下，例如在單模光纖中的脈沖傳播或具有固定高斯光束輪廓的自由空間傳播中，可以忽略橫向空間維度，僅考慮每個位置的復(fù)振幅隨時間或頻率的變化。研究完整的時空脈沖演化需要更復(fù)雜的數(shù)值模型。

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