在此,必須探討一下光脈衝的特性,從而了解其產生的兩大關鍵要素。
很大的頻寬 也就是說,要能夠產生光脈衝,需同時有很多種顏色的光一起作用。假設一開始只有紅色和綠色的光(因此頻寬是Δf1),把它們在時間上點對點相加,就可以得到時間上寬度約為Δt1的胖光脈衝。但是如果再加入一道藍光,也就是說讓頻率上的寬度—頻寬—變大為Δf2時,這3種顏色的光在時間上點對點相加所產生的光脈衝就明顯變小為Δt2了!
這就是頻寬和脈衝時間寬度的相對關係,越大的頻寬(越多的頻率成分,也就是越多種顏色)就能夠產生在時間上越短的光脈衝。在這裡提供讀者們一個頻寬(Δf)和脈衝時間寬度(Δt)之間簡單的數學關係:Δt ≈ 1∕Δf。
鎖定所有頻率成分的相位 相位鎖定的專業術語稱為雷射鎖模(laser mode-locking)。礙於篇幅的關係,無法在這裡加以詳細闡述。但是可以用生活化的語言,交代一下甚麼叫相位,以及相位鎖定的意義。
相位的基本概念,就是訊號有沒有在時間上一起出發,一起結束。我們可以用簡單的數學來加以理解,餘弦函數cos(t)和正弦函數sin(t) = cos(t - π∕2),因為相差了一個 π∕2(90度)的相位,所以在時間上,正弦函數較餘弦函數延遲了四分之一個周期,就像是兩個合唱團團員一直無法同時發聲。因此,相位的鎖定就和指揮一個合唱團或管弦樂團非常相似,要演奏出和諧美妙的樂章,必須有一個指揮告訴成員們何時開始,做甚麼事情,並且何時結束。
在這裡簡短地整理一下產生飛秒(10-15 s)短脈衝的兩個必要條件:頻寬必須大於1015 Hz,並且所有頻率成分的相位需要鎖定。
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