飛秒

飛秒（femtosecond）也叫毫微微秒，簡稱fs，是標衡時間長短的一種計量單位。1飛秒只有1秒的一千萬億分之一，即1e−15秒或0.001皮秒（1皮秒是，1e−12秒）。即使是每秒飛行30萬千米的真空中的光，在一飛秒內，也只能走300納米。可見光的振盪週期為1.30到2.57飛秒。極短時間的激光脈衝稱為飛秒激光，而極短時間的分子振動的檢測為飛秒檢測，極短時間的物理過程為飛秒物理，在各個科學領域，飛秒時間段正成為研究熱點。

通過對飛秒的研究，除了揭示自然科學的奧妙之外，還促進了新型“飛秒激光”技術的應用和發展。飛秒激光是一種週期可以用飛秒計算的超強超短脈衝激光。它的出現為人類提供了前所未有的全新實驗手段與物理條件，有着十分廣闊的應用前景。採用這種超強的短脈衝激光的飛秒檢測特別可以應用於包括化學鍵斷裂，新鍵形成，質子傳遞和電子轉移，化合物異構化，分子解離，反應中間產物及最終產物的速度、角度和態分佈，溶液中的化學反應以及溶劑的作用，分子中的振動和轉動對化學反應的影響等 ^[2]  。

眾所周知，組成物質的分子和原子，每時每刻都在快速地運動，這是微觀物質重要的基本屬性。飛秒激光產生後，人類能夠在原子和電子的層面上觀察到它們超快運動的過程並加以利用。在高強度飛秒激光的作用下，氣態、液態、固態物質會在瞬息間變成等離子體。高功率飛秒激光與電子束碰撞，能夠產生X射線飛秒激光、射線激光以及正負電子對。此外，利用飛秒激光能夠有效地加速電子，使加速器的規模得到上千倍的壓縮。高功率飛秒激光與物質相互作用，能夠產生足夠數量的中子，實現激光受控核聚變的快速點火。

高功率飛秒激光可以將大氣擊穿，從而製造放電通道，實現人工引雷。避免飛機、火箭、發電廠因天然雷擊而造成的災難性破壞。飛秒激光用於切割易碎的聚合物，不致改變其重要的生物化學特性。在汽車製造和重型設備加工中，利用飛秒激光可以更好地加工直噴發動機噴油嘴的閥座上的噴油孔，減少噴油孔加工時的孔徑畸變，保證腔體內壁的平整度。

由於飛秒激光具有快速和高分辨率特性，它在病變早期診斷、醫學成像和生物活體檢測、外科醫療及超小型衞星的製造上都有其獨特的優點和不可替代的作用。飛秒激光甚至可用於基因療法，德國科學家用它在老鼠的細胞內進行試驗，現已取得顯著的成果。美國加州一家公司研製的飛秒激光視力矯正系統，現已完成了2萬次手術，為患者帶來了福音。有的科學家發現，利用超短脈衝激光能去掉牙的一小塊，而不影響周圍的物質。一種無痛、且可保護周圍健康琺琅質的超短激光牙科術，正在人們的期望中出現。

與機械性角膜板層刀相比，飛秒激光用於LASIK近視手術中製作角膜瓣，其最大的優勢或特長是，它製作精確性非常高的角膜瓣厚度，其精確度(平均波動在：10～15um)是板層刀精確度(平均波動在30～45um)的3倍，而實際發生角膜瓣併發症的概率更是低數萬倍。另外，用飛秒激光製作角膜瓣時所使用的吸引環的負壓(約35mmHg)明顯低於機械性角膜板層刀製作角膜瓣時的負壓(約65mmHg)。因此，用飛秒激光來製作角膜瓣，可以大大提高準分子激光治療近視的手術安全性，尤其對角膜偏薄、角膜曲率變異大、高度近視的病人來説是一大福音。

2022年10月，中國科研團隊在國際上首次實現了百公里級的自由空間高精度時間頻率傳遞實驗時間傳遞穩定度達到飛秒（千萬億分之一秒）量級，可滿足最高精度光鐘的時間傳遞要求。這項研究由中國科學技術大學潘建偉團隊與上海技物所、新疆天文台等單位合作完成，相關成果論文在國際學術期刊《自然》雜誌發表。 ^[4]