为了满足一些重大应用的需要,激光器的工作波段已从远红外发展到X光波段,并正在开拓7射线激光。目前,不论是固体激光、化学激光、自由电子激光,还是x射线激光和了射线激光等等,均已取得了长足的进展。
(一)半导体激光泵浦的固体激光器将大显身子
随着有线电视等活动图像信息传输的迅速增长,作为发射源的半导体激光器已满足不了大功率和低失真的要求,从而转向部分采用大功率(几十毫瓦至I00多毫瓦)、低噪声的二极管泵浦的Nd:YAG激光器。这种二极管泵浦固体激光器还将在分色、制版等印刷行业大显身手。
(二)波长更短的化学激光器将更受重视
化学激光的品种虽为数不少,但在目前真正有应用前途的主要有两种,即氟化氢(HF)和氟化氘(DF)化学激光。其中,氟化氢的波长为2。7微米左右,氟化氘的波长为3。8微米左右。1983年,美国根据其舰载激光武器的要求曾研制成2兆瓦输出功率的HF/I)F化学激光器。20世纪80年代还根据天基(发射平台在天卒)战略激光武器的要求着手研制功率为5兆瓦的HF化学激光器(代号为“阿尔法”)。自美国演示成功世界上第一台波长更短(仅1.315微米)的连续波氧碘化学激光器后,由于其输出光束质量很好,已开始受到重视。1994年美国国防部正式批准采用这种激光器研制机载激光武器,并计划将于2000年开始作机载打靶试验。
(三)自由电子激光器将趋向小型化和简单化
自由电子激光器(简称FEI。)是基于玻璃钢通风管道高能电子直接产生相干辐射的激光器,因此,它具有与一股激光器不同的特点:一是它产生的激光的波长连续可调,这对研究物质微观结构和化学反应的各种光谱学十分有利;二是可产生亚皮秒级的短脉冲激光,适于超快和瞬态效应的研究;三是可产生功率强大的光脉冲;四是产生的激光光束质量良好。基于后两个特点,美国“星球大战”计划曾选定自由电子激光器作为反弹道导弹的摧毁手段。据专家们预计,自由电子激光器在凝聚态物理的半导体、超导体和磁体,在材料科学的表面物理、表面化学和晶体成长,以及在生物活体的x光全息成像、光化学的同位素分离和在能源领域的激光核聚变等方面都有潜在的应用前景,下一步的主要发展趋势是如何使之简单化和小型化。
(四)X射线激光器和了射线激光器将开拓新的应用领域
它们是指波长分别位于X射线波段(30一().()l纳米)和波长更短的v射线波段的激光,激光首先是从实现波长较长(约7∞纳米)的红色激光开始的。波长越短的激光蕴藏的能量越高,分辨能力也越强,但所需泵浦源的功率密度要求也愈高。据计算,要产生波长0.1纳米(与原子尺寸相近)的X射线激光,昕需泵浦源的功率需达到ic)17一lO’”瓦,僵米。,通常只有利用核爆炸作泵浦源才能实现。因此.尽管人们早在20世纪60年代就想开发x射线激光,但直到80年代初才首次在地下核试验中演示成功。由于X射线激光具有极高的瞬间亮度和极短的脉冲持续时间等特点,“美国氢弹之父”泰勒曾经向里根政府建议,用X射线激光器作为先进防御系统的基础,从而使得X射线激光器的应用研究成为了促成美国“星球大战”计划的一个重要筹码。x射线激光还可制成高分辨率的全息照相,应用于生物大分子等要求时间和空间分辨率极高的微观快过程研究领域。
当前X射线激光尚处于发展阶段,研究的主要方向是:探索x射线的新原理;提高泵浦源能量的转换效率;研制波长在4.4—2.4纳米甚至更小波长的X射线激光器;提高输出光束的空间相干性和重复率,同时注意减小体积和大幅度降低价格。据估计,在2l世纪初,x射线激光可望达到实用水平。但现在人们已经开始把目光投向波长更短的丫射线激光。由于丫射线激光的波长只相当于构成原子核的质子和中子的大小,一旦开发成功,必将开拓出同其他激光完全不同的应用领域。因此,有人甚至把7射线激光称之为“最后的激光”。