- 封面故事
- 2015年
- 545期－光科學年代（5月號）
文章專區
2015-05-01超短脈衝雷射改變世界
545 期
Author 作者
陳明彰／任教於國立清華大學電機系光電所，近期致力發展桌上型超短脈衝雷射和極紫外線光源及其在科學與工藝上的應用。
雷射技術進入埃秒（10-18秒）時代，並且已廣泛應用於你我的生活周遭。而作用在原子尺度之間的雷射，將如何引領世界走向更尖端的未來？
1960年的夏天，一項二十世紀最偉大的發明問世，美國科學家梅曼（Dr. Maiman）發表了世界上第一台雷射，從此開啟了人類對光的全新認知。隨著雷射技術的發展與演進，奠定了現今光電產業的重要基礎。由於雷射有非常好的同調性及能量集中性，許多科技及產業，例如：光通訊、超精密量測、雷射雕刻、醫療手術、醫療美容、雷射測距、光儲存、雷射顯微術、雷射印表機、雷射投影機⋯⋯等成果得以普遍應用於日常生活中。
何謂超短脈衝雷射
近期備受矚目的技術突破為超短脈衝雷射，其具有高峰值功率、窄脈寬雷射脈衝。此雷射和人們常用的雷射器所發射的雷射不同，它發出的脈衝雷射的時間非常短，開和關的間隔僅為幾飛秒（10-15秒），光在一飛秒的時間內只傳播0.3微米（μm）。如此密集的脈衝能夠僅僅只作用於目標物質的幾個原子，而不導致周圍物質出現升溫或熔化的現象。在生命科學領域，超短脈衝雷射可以用於矯正視力、檢測和精確切除癌症、腦外科手術、治療動脈瘤、心臟手術、美容、治療燒傷；在生產製造業、光刻修補奈米結構材料方面，超短脈衝雷射能夠有效地幫助製造大規模且低成本的複合材料，讓軍用飛機的生產技術應用於汽車生產，甚至房屋和辦公樓的建設。
雷射脈衝產生原理
雷射脈衝可視為各種顏色的雷射光電場以線性相疊加的方式組合而成，脈衝雷射峰值產生的位置，是當所有不同顏色雷射光峰值精確地對在一起的地方。
科學家於70年代中發展了兩種鎖模機制：被動鎖模與主動鎖模。被動鎖模使用飽和吸收體（Saturable Absorber）作為材料：在光場較強時，吸收係數較小；光場較弱時，吸收較大，此材料讓雷射腔體傾向產生鎖模超短雷射光。主動鎖模則是使用主動式調節光開關。
80年代，科學家發現一些寬頻雷射材料如液態有機染料及摻金屬離子寶石，可同時激發波長範圍達幾百奈米寬之光源。90年代初期，由於鎖模技術的成熟，脈衝寬度已可進入飛秒階段。科學家使用此超快光源探測聲子如何在材料內傳播、化學反應時電子之運動行為。......【更多內容請閱讀科學月刊第545期】