在信息时代，随着人类对自然探索 的不断深入，如何研究更短时间内事物 的发生、发展过程，成为科学工作者新 的研究方向。亚飞秒脉冲就是这样一种 工具，它可以帮助人们探测和控制极短 时间尺度的物理、化学、生物等过程。在 亚飞秒脉冲的帮助下，人们对物质内部 结构、动力学过程、极端条件下发生的 现象有更清晰的认识。
2002 年，亚飞秒脉冲的产生和测 量结果被 Sci ence 和 Nature 评为当年的 十大科技突破之一。自此，业内掀起了 一股研究亚飞秒脉冲产生和控制的热 潮。我校物理系吴健在其博士学位论文 《亚飞秒脉冲产生与控制》中，对其进 行深入研究，提出了一系列新方案和技 术手段。
所谓亚飞秒脉冲，是指极短的脉波 存在时间，约为10-18 秒。亚飞秒脉冲 用于研究极短时间内的超快过程，如化 学反应、生物信息传递、电子跃迁等。亚 非秒脉冲既是超快物理研究的核心内 容，也是人们认识自然界的有效途径。 飞秒脉冲序列的脉冲间距能提高单脉 冲能量以及峰值功率，使能量在更短时 间内释放，从而产生更高的能量强度。 例如，将同样的力作用于手掌和针，针 所产生的压强要远远高于手掌。这与亚 飞秒脉冲的作用原理有异曲同工之处。
吴健在论文中提出，目前，亚飞秒 脉冲可以通过三种途径产生：通过超短 飞秒激光脉冲高次谐波过程，在 X 射 线波段产生亚飞秒脉冲；利用分子调制 高阶受激拉曼散射，在可见和近红外光 谱区域产生亚飞秒脉冲；利用其他非线 性过程产生极宽频谱，通过频谱合成的 方案获得亚飞秒脉冲输出。
在对分子调制过程中，吴健通过研 究分子调制频率对亚飞秒脉冲序列脉 冲间距的限制性，首次提出了用分子调 制的方法产生亚飞秒脉冲的方案。他介 绍说，在正常条件下，分子呈无规则运 动，此时，分子产生脉冲的间距较小。如 果介质中所有的分子都以同样的频率 和相位振动，那么介质的宏观折射率将 被周期性地调制。分子调制就是用激光 使分子产生共振，控制亚飞秒脉冲序列 的产生，扩大其间距，从而使更多的能 量集中到更少的脉冲内，提高单脉冲能 量以及峰值功率。论文中提出的脉冲间 距控制技术被国外称为“多色分子调 制技术”，以独立章节的形式进行重点 引用和讨论，并在实验上给予证实，进 一步拓宽了分子调制技术的应用前景。
近期，吴健所在的物理系精密光谱 科学与技术国家重点实验室，在亚飞秒 脉冲的控制领域展开了进一步的研究。 他们利用飞秒激光诱导分子转动量子 拍频效应在实验已经取得了一定的成 绩。分子的运动包括振动和转动。控制 分子取向就是通过波导（光纤）来控制 分子，使它们按照一定的方式排列起 来，共同转动，达到实验所需要的状态。 当介质内的分子被控制时，光进入后就 会被共同转动的分子拉近或踢开。光便 不再按直线传播，人类对自然界的认识 和控制又进了一步。以激光引导闪电为 例。当人们可以控制光的传播方向时， 就能够使闪电按照人的意愿改变传播 方向。当闪电离开云层时，共同转动的 分子可以将闪电引导到有需要或是安 全的地方，以保护人类生命财产安全。
利用分子取向，研究人员研究了其 对飞秒脉冲成丝长度和周期量级超短 脉冲自压缩的有效控制。研究人员通过 控制分子取向与成丝光脉冲偏振之间 的夹角，有效地使飞秒成丝长度增加到 原来的两倍以上，同时自动获得周期量 级的超短脉冲的自压缩，实现了超短脉 冲载波频率的红移或者蓝移的有效控 制。该研究具有广泛的现实 意义，有望在大气等离子通 道延长、激光引导闪电、远程 污染检测以及周期量级超短 脉冲产生等方面产生深远的 影响。
虽然，这项研究目前仅 限于实验阶段，但是，运用分 子取向来改造自然的想法已 经成熟，不久的将来，这项科 研成果定会广泛地应用到工 业和生活当中。
分子取向还可以应用到 远程污染检测和灵敏光谱分析等方面。 已有的研究将大气视为原子气体，忽略 了大气主要是由分子构成这一事实。分 子的性质在白光中更容易被观察研究， 通过控制大气中的分子取向，在大气中 产生白光，可以清晰地检测遥远空间的 分子构成或污染程度。这一方案一旦得 到应用，既可以节省研究成本，又可以 提高安全指数，可谓一举数得。
在吴健的实验及研究成果中，他 围绕亚飞秒脉冲在理论和实验方面展 开了深入研究，取得了一系列具有创 新性的成果。亚飞秒及阿妙科学将推 动人们对原子分子内电子运动过程的 认识，实现更短时间尺度、更高时间分 辨的研究，人类更进一步地认识大自 然。
（学生记者：刘海搏 叶艳君）