超短脈衝

在光學中，光的超短脈衝是指延續時間在飛秒（10負15次方秒）數量級或更短的電磁脈衝。Ahmed H. Zewall 利用超短脈衝觀察化學反應，開闢了飛秒化學而獲得1999年的化學諾貝爾獎。

這樣的脈衝有寬帶（broadband）的光譜。可用鎖模（mode-locked）振盪產生。它們通常用在超快事件研究中。超短脈衝的放大常要求 chirped脈衝放大；避免損傷放大器的放大介質（gain medium）。

這些脈衝用高峯強度（較正確地説，輻照度）來表徵。它一般導致在物質內的非線性相互作用，包括空氣。非線性光學研究這些過程。

在專業文獻中，“超短”係指飛秒到微微秒範圍。雖然這樣的脈衝不保持人工產生脈衝的最短記錄；但X光脈衝的阿秒延續時間已有記錄。

鎖模激光器，特別是被動鎖模的鎖模激光器，產生的光脈衝可以是非常短的。對於“超短”的範圍並沒有嚴格的定義，但一般來説超短脈衝的脈寬最多也就數十皮秒，大多數情況下，其脈寬為飛秒量級。

需要注意的是與超短脈衝經常出現的一個概念為“超快”（ultrafast），事實上超短脈衝並沒有比更長的脈衝具有更快的速度，只是超短脈衝通常可以用來研究超快過程（參閲超快光學），也可以用於高速光學數據傳輸。後者的高速指的是高傳輸速率，而不是高傳輸速度。

超短脈衝通常通過被動鎖模激光器產生，但有時也利用光參量放大器（可能是使用超連續進行輸入）或自由電子激光器。有時也可以利用更長的脈衝進行脈衝壓縮得到超短脈衝。超快激光器一文列出了超短脈衝產生的方法和特徵，其中包括僅有幾個光學週期的脈衝產生。

超短脈衝通常是以激光束的形式產生的。本質上來説，它們可以被集中到很小的光斑，但是多種限制因素在超短脈衝尤其是幾個週期的脈衝時產生很大的影響。例如，這種脈衝的超寬的光學帶寬會導致透鏡材料的色散產生很大問題，從而導致了聚焦時的色差問題，這種問題需要進行特殊校正技術進行解決。這還會導致複雜的時空問題，使得聚焦的脈衝脈寬比聚焦前的脈寬大。針對這種扭曲的措施包括使用反射或衍射（而不是折射）的光學設計以及各種像差的仔細補償，如使用合適的鏡頭組合 ^[1]  。

超短脈衝在介質中的傳播會引起一系列有趣的現象，在涉及到光學非線性時尤為明顯。這些現象可以用模擬脈衝傳播的方法進行研究。相關的物理效應包括色散，克爾效應，拉曼散射，增益飽和等等。

有多種方法用於脈衝基本參數的測量來進行脈衝的表徵，不僅僅包括基本的參數如脈衝脈寬，還有是“完整”表徵如整個時域上的電場和譜相位。這些結果可以以各種方式，例如時間上或頻域上的函數以及光譜圖。