導(dǎo)讀：白光激光邦杰西游王國內(nèi)部通信的優(yōu)點及應(yīng)用前景

　　白光激光光源、短波激光光源和超連續(xù)激光光源相比于普通邦杰西游王國內(nèi)部通信的白光光源(如太陽光、白熾燈、白光LED燈等)，具有亮度高、峰值功率強(qiáng)、頻率覆蓋范圍廣等優(yōu)點，在科學(xué)研究、國防軍事、照明、通信技術(shù)、信息技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境檢測等領(lǐng)域有廣泛邦杰西游王國內(nèi)部通信的實際應(yīng)用價值，獲得了強(qiáng)烈的關(guān)注。

　　白光激光作為一種嶄新的激光光源，具有方向性好、能量密度高、超連續(xù)的光譜、極大的帶寬、靈活多樣的中心波長、高度的時間和空間相干性等多種多樣的優(yōu)點，將極大地拓展激光技術(shù)的功能和應(yīng)用范圍。白光激光或者太陽激光是時空完全相干的光，不僅激光光束高度準(zhǔn)直，不發(fā)散，而且能夠聚焦到極小的區(qū)域邦杰西游王國內(nèi)部通信；不同顏色之間振幅和相位完全鎖定，通過調(diào)控這些振幅和相位，可以隨心所欲地改變激光的時間脈沖形狀，產(chǎn)生脈寬極短（飛秒及亞飛秒）的激光脈沖。這樣的太陽激光將有可能實現(xiàn)光的能量在時空上的聚焦和匯聚雙重效應(yīng)，在微小區(qū)域和極短時間內(nèi)上釋放出能量，從而形成極高的瞬時功率密度。

　　作為一種全新的激光光源，白光激光的應(yīng)用涵蓋基礎(chǔ)科學(xué)研究、通訊信息、工業(yè)生產(chǎn)、國防軍事、生物醫(yī)學(xué)和環(huán)境檢測等。簡單的介紹如下：

　　1、物理、化學(xué)和材料科學(xué)基礎(chǔ)研究

　　激光已經(jīng)廣泛應(yīng)用在基礎(chǔ)科學(xué)研究上，包括物理、化學(xué)和材料科學(xué)的許多領(lǐng)域，都需要通過激光和物質(zhì)的相互作用，來獲得微觀世界物質(zhì)的信息，從而了解原子、分子和固體、液體等材料的物質(zhì)狀態(tài)和屬性，從而為達(dá)到認(rèn)識微觀世界并予以應(yīng)用的目標(biāo)。不同于現(xiàn)有的常規(guī)的激光，白光激光具有超連續(xù)、超寬帶、完全相干的特性，使得其可以在普通激光力所不能及的眾多領(lǐng)域上發(fā)揮重要的不可替代的作用。這方面的應(yīng)用聚焦于國內(nèi)外眾多的研究型大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益十分可觀。

　?。?）高精度光譜學(xué)：原子、小分子、生物大分子、固體和液體材料等，有豐富多彩、多元化的能級，反映了電子運(yùn)動、原子振動、分子轉(zhuǎn)動等物質(zhì)運(yùn)動形態(tài)，它們的能量尺度千差萬別，大至幾個電子伏特，小至幾個毫電子伏特，對應(yīng)的激光波長為紫外至遠(yuǎn)紅外波段。經(jīng)常采用各種激光光譜學(xué)手段和技術(shù)（如熒光光譜、拉曼光譜、光致發(fā)光光譜、紅外光譜、非線性光譜等）來探測這些物質(zhì)運(yùn)動的形態(tài)。白光激光中心波長可處在紫外、可見、近紅外和中遠(yuǎn)紅外的不同可以在多個波段，并各自覆蓋一個寬廣的超連續(xù)的波段， 因此，可以利用各白光激光來實現(xiàn)對物質(zhì)的微觀物理和化學(xué)過程以及材料物性的多模態(tài)探測，獲得各加豐富多樣的信息，從而對微觀運(yùn)動狀態(tài)有各加深入細(xì)致的了解和理解。

　　（2）化學(xué)分子反應(yīng)動力學(xué)：化學(xué)分子的反應(yīng)動力學(xué)過程的時間尺度從幾個皮秒一直到幾個飛秒的廣闊范圍。白光激光的頻譜范圍遠(yuǎn)超過一般的鈦寶石飛秒脈沖激光，這些相干的光譜成分經(jīng)過相干合成技術(shù)可產(chǎn)生短至一個飛秒左右的激光脈沖，當(dāng)然也可以產(chǎn)生長至皮秒甚至納秒的激光脈沖。因此由白光激光衍生而出的超短脈沖激光可應(yīng)用于探測化學(xué)分子的反應(yīng)動力學(xué)精細(xì)的信息。更為重要的是，白光激光的中心波長可以調(diào)節(jié)，意味著超短脈沖激光的中心波長也是可以調(diào)節(jié)的。因此可以針對特定化學(xué)分子的敏感波段，選擇合適的超短脈沖激光，來進(jìn)行探測和觀察。

　?。?）多量子態(tài)調(diào)控：原子或者分子通常由許多微觀運(yùn)動狀態(tài)，對應(yīng)于許多能級。電子在這些能級之間可以通過量子躍遷來改變狀態(tài)。每個量子躍遷需要某個頻率的激光去驅(qū)動，同時驅(qū)動多個量子躍遷需要多個頻率的激光同時去驅(qū)動。為了不擾亂量子躍遷之間的相位，實現(xiàn)相干的多量子態(tài)調(diào)控，要求多路激光之間的相位必須鎖定。因此，普通的多束不同波長的激光方案或者鈦寶石超短脈沖激光方案無能為力。而本項目擬研制的白光激光可以勝任這個難題。而且，由于其中心頻率和光譜帶寬都可以調(diào)節(jié)，有望適用于廣泛的原子、分子和量子材料（量子態(tài)躍遷途徑的數(shù)量、躍遷能級分布以及躍遷波段）的多量子態(tài)調(diào)控。

　　2、生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用

　　和普通激光一樣，白光激光也可以應(yīng)用于生命科學(xué)的研究和生物醫(yī)學(xué)診斷及治療。比如作為精密光譜學(xué)、超快動力學(xué)探測、共聚焦顯微分析、流式細(xì)胞儀等技術(shù)應(yīng)用于蛋白質(zhì)大分子生理功能的研究，利用光學(xué)相干層析技術(shù)、拉曼光譜技術(shù)、非線性光譜技術(shù)作為生物醫(yī)學(xué)的疾病診斷工具；也可作為越來越流行的工具應(yīng)用于激光美容、激光醫(yī)學(xué)、光熱治療等。作為超連續(xù)、超寬帶、中心波長可調(diào)的白光激光在不少領(lǐng)域有獨特的優(yōu)勢。

　　（1）多模態(tài)生物成像和分析: 由于人體細(xì)胞、組織和器官對光的響應(yīng)復(fù)雜多樣，其敏感波段也多種多樣，因此特別需要波長可變、超連續(xù)、超寬帶、高功率的激光作為工具，利用光學(xué)相干層析技術(shù)、拉曼光譜技術(shù)、非線性光譜技術(shù)等探測手段，來與人體疾病區(qū)域的組織和器官相互作用，獲得各種各樣的信息，從而得到多模態(tài)生物成像的目的。這對疾病的快速診斷和分析將提供極為便利可靠的技術(shù)手段。

　?。?）激光美容：激光美容利用激光與人體臉部等表皮組織相互作用，通過光熱效應(yīng)、光電效應(yīng)、光化學(xué)反應(yīng)等物理和化學(xué)過程實現(xiàn)對表皮冗余和病變組織的清理和去除。由于表皮組織的復(fù)雜多樣性，需要多種波長的高功率激光選擇性或者協(xié)同作用。因此，白光激光將發(fā)揮傳統(tǒng)激光所不能做到的功能和效果。這方面的應(yīng)用將走進(jìn)老百姓的日常生活，使得白光激光這一新技術(shù)更多地位老百姓所了解、理解和認(rèn)同。具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

　　3、大氣和環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用

　　隨著中國許多區(qū)域（如華北地區(qū)）的大氣、水、土壤等環(huán)境要素日益受到污染而不斷退化，給廣大人民群眾的生活和生產(chǎn)帶來了巨大的負(fù)面影響，比如，華北和江淮廣大地區(qū)的霧霾逐漸成為常態(tài)化的事物，環(huán)保的問題日益突出，理念日益深入人心。國家和社會對環(huán)保的投入越來越多，因此日益需要越來越強(qiáng)大的環(huán)境檢測技術(shù)和手段。激光技術(shù)作為光譜分析的核心組成部分，已經(jīng)在大氣遙感和環(huán)境監(jiān)測等方面發(fā)揮著越來越重要的作用，已經(jīng)有激光雷達(dá)等產(chǎn)品提供給環(huán)保部門。激光應(yīng)用于環(huán)境檢測的基本科學(xué)原理是激光束和大氣相互作用，激光將和大氣中的各種物質(zhì)成分（O2,N2,H2O、NO2, H2S, SO2, CO, CO2等）發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)作用，產(chǎn)生的彈性（瑞利散射）和非彈性散射（熒光、拉曼、布里淵散射）的信號光將攜帶這些物質(zhì)成分的內(nèi)部量子態(tài)和化學(xué)結(jié)構(gòu)信息，通過收集這些光學(xué)信息，可獲得它們的組分分布和豐都的信息，幫助環(huán)保部門掌握深入而詳細(xì)的大氣成分信息，給出相應(yīng)的對策。普通的激光雷達(dá)使用單色激光作為探測源，只能和特定的大氣分子發(fā)生強(qiáng)烈的散射作用，而超連續(xù)、超寬帶、高峰值功率的白光激光將可以同時和多種大氣分子相互作用，一次性產(chǎn)生的光散射信息將極端豐富，因此將能夠極大地提升激光雷達(dá)監(jiān)測大氣質(zhì)量的功能。

　　4、工業(yè)應(yīng)用

　　激光已經(jīng)廣泛應(yīng)用于激光加工（切割、焊接、制造和3D打印、打標(biāo)）、信息技術(shù)（激光防偽、全息信息存儲、激光彩色顯示、激光電視、激光投影儀）、傳感和檢測、通訊（光纖通訊、自由空間光通訊、可見光通訊）等。白光激光作為一種新的產(chǎn)品，將有它獨一無二的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。

　?。?）彩色全息：激光全息術(shù)是一種應(yīng)用十分廣泛的紀(jì)錄和再現(xiàn)物體形貌信息的技術(shù)，其原理是利用激光的干涉效應(yīng)（參考激光光和物體反射激光的干涉），原則上可紀(jì)錄物體的所有信息（視覺明暗信息（即反射振幅信息）和相位信息）。典型的應(yīng)用是激光防偽和激光掃描儀（超聲使用的條形碼），普通的全息片使用單色激光產(chǎn)生全息條紋，如果能夠使用彩色激光或者白光激光產(chǎn)生全息干涉條紋，原則上不僅能夠反映出物體的輪廓信息，而且能夠反映出色彩信息。這是一種真正的物體全方位信息紀(jì)錄和再現(xiàn)的技術(shù)。該技術(shù)不僅大大提高了全息片所蘊(yùn)含的信息量，提高激光防偽的可靠性，增加信息被破解的難度，而且能真實地再現(xiàn)物體的三維信息及彩色信息。

　?。?）3D顯示和虛擬現(xiàn)實技術(shù)：利用白光激光可實現(xiàn)彩色全息，實現(xiàn)物體3D信息的記錄和再現(xiàn)。因此，有望應(yīng)用于當(dāng)今社會廣泛關(guān)注卻因為技術(shù)困難而遲遲沒有進(jìn)展的3D顯示和虛擬現(xiàn)實技術(shù)。實際操作上，可參考電影工業(yè)的技術(shù)，將運(yùn)動物體的圖像和信息記錄在膠卷上，按照每秒鐘16幀額速度記錄，并按照相同的速度播放，就可以簡單地實現(xiàn)拍電影和放電影兩個過程。彩色全息3D顯示也是一樣的道理，只不過物體的3D圖像(彩色及輪廓信息)存儲在彩色全息片上，每秒16幀，然后利用白光激光照明彩色全息片，每秒16幀，就可以播放出具有完全真實的3D彩色效果的圖像來。將這樣的技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)及增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實技術(shù)結(jié)合，有望真實彩色的3D虛擬現(xiàn)實技術(shù)。

　　5、國防和軍事應(yīng)用

　　激光既是信息的載體，也是能量的載體。兩方面的特性都可以在國防和軍事領(lǐng)域找到眾多的應(yīng)用。作為能量的載體，激光可以應(yīng)用于制造主動式紅外成像和夜視儀，也可以作為高定向能量的激光武器應(yīng)用于激光對抗。另外還可以利用光電效應(yīng)的原理，采用中小能量的激光對敵方的衛(wèi)星、導(dǎo)彈、飛機(jī)等飛行物的光學(xué)敏感部件產(chǎn)生激光損傷和破壞，從而實現(xiàn)摧毀敵方軍事目標(biāo)的目的。在這方面，超連續(xù)、超寬帶、高功率的白光激光有獨特的優(yōu)勢，因為其光電效應(yīng)的頻率窗口巨大，很容易對多種光學(xué)敏感器件（通常一種光學(xué)器件有一個敏感波長）進(jìn)行物理和化學(xué)反應(yīng)。另外，白光激光峰值功率巨大，當(dāng)和光學(xué)敏感器件發(fā)生共振相互作用時，將產(chǎn)生巨大的破壞效果。這個技術(shù)尤其適用于對敵方衛(wèi)星進(jìn)行干擾和破壞。

　　作為信息的載體，激光可應(yīng)用于自由空間的通訊，特別適用于光纖通信所不能觸及的區(qū)域，如太空和海洋內(nèi)部。由于白光激光擁有寬廣的波段，作為通訊工具其蘊(yùn)含的信息量可遠(yuǎn)大于普通的單色激光，所以，特別適用于海洋內(nèi)部潛艇之間的自由空間激光通訊。