如何制造超强超短激光脉冲？

穆卢和斯特里克兰发明了一种被称为“啁啾脉冲放大”的技术，这种技术很大程度上依赖于波动物理学的一个核心事实，即制造一个持续时间短的脉冲需要在频率上广泛传播(反之亦然)。他们以一种巧妙的方式利用了这种频率传播，从而规避了过高强度会损坏用于放大激光脉冲的晶体这一事实所带来的限制。

但是为什么短脉冲需要很宽的频率范围呢?你可以通过观察当你开始加入频率略有不同的光脉冲时会发生什么来看到这一点。下图显示了底部的一个单频波，其上面的组合频率分别为2、3和5。

增加多个频率以形成一系列窄脉冲。

当增加第二个频率时，单个平滑波分解成一系列的“拍频”区域，在这些区域中，一些波的行为被两个不同频率相互抵消的区域所分隔。对于任何尝试过为两种相似乐器调音的人来说，这都是一个熟悉的现象:当他们试图演奏同一种乐器，但调音不太一致时，你会听到一种刺激的脉冲音，当你调音时，这种脉冲音会变慢。

当你增加更多的频率时，一般的拍结构仍然存在，但是具有明显波动特性的区域的宽度变得更小。这是一种与波有关的非常普遍的现象，适用于任何具有波性的东西:声波、光波，甚至与量子力学粒子有关的物质波。如果你把许多频率略有不同的波叠加在一起，就会得到一系列窄脉冲，在这些脉冲中，你会看到强烈的波活动，而在这些窄脉冲中，相隔的区域却不大。

你可以利用这些物理原理很容易地制造出脉冲激光器，只要找到一种增益介质就可以将光放大到更大的频率范围。其中一种常见的介质是镶嵌在蓝宝石晶体中的钛原子，它可以让你放大从可见光谱到一大片近红外光谱范围内的光。轰击其中一个钛:晶体在两个镜子之间，泵入一些能量到系统中，你可以得到一个“锁模”激光器，在这个激光器中，一束不同频率的光的存在会导致短脉冲的光，每个脉冲包含一个范围广泛的频率。

超短激光脉冲的两幅互补图:强度与频率的关系，以及强度与时间的关系。