当光闪烁一千万亿分之一秒时，事情就会变得奇怪

老式电影放映机的灯泡每秒闪烁约 24 次；典型的 CRT 电视屏幕每秒变换帧 50 或 60 次。世界上最快的相机只能拍摄持续时间仅为万亿分之一秒的帧 - 短到足以观看光线本身缓慢地爬过表面。

这也许很快，但与一些物理学家使用的激光相比，这仍然算不上什么。欢迎来到超短光脉冲的世界：光波的小亮点，在离开产生它们的激光后，持续时间只有千万亿分之一秒。

在这些时间尺度上，奇怪的事情开始发生。例如，脉冲经常成对出现，一个接一个。现在，德国拜罗伊特大学和康斯坦茨大学的物理学家发现他们可以控制这些脉冲的节奏。他们于 10 月 19 日在《光学》杂志上发表了他们的研究成果。

超短光通常依靠激光产生非常短的光脉冲（与您可能遇到的大多数激光产生的连续光束不同）。顾名思义，这些脉冲确实很短：它们短至飞秒，即千万亿分之一秒。一些绝对最短的脉冲甚至更快——短至阿秒，即千万亿分之一秒。

如果你想知道为什么有人会费心去做，那么科学家可以用几种方法来利用超短脉冲。其中最有成效的用途之一是光谱学：将一束光分解成光谱，让科学家观察哪些颜色或波长存在（或缺失），从而告诉他们光来自或穿过的材料。

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利用超短脉冲进行光谱分析，科学家可以深入研究分子和原子，或观察在眨眼间开始和结束的微小过程。例如，这项技术可以让科学家实时观察化学反应，这项技术因此获得了 1999 年诺贝尔化学奖。

超短脉冲还可用于制造非常微小的电子部件，尺寸只有微米甚至纳米。它们还用于医学，用于高精度眼科手术和锻造微型支架。

但当激光产生超短光脉冲时，它通常会成对产生。就像分子中化学结合的原子一样，这些“耦合”脉冲可以振荡、来回反弹，或分裂成更小的碎片。

“许多使用这些激光器的人都知道这种情况，但他们认为这可能是一种奇怪的现象，”这项研究的作者、拜罗伊特大学物理学家 Georg Herink 说道。“公司试图避免这种操作模式。他们只想得到一个干净的脉冲。”

但这些耦合脉冲的独特性质已经引起了理论物理学家一段时间的兴趣。他们想知道他们是否可以控制这种耦合。因此，Herink 和他的同事们建造了一个环——由光纤玻璃纤维制成，就像编织互联网的光纤一样——并开始通过环发射激光。光脉冲一圈一圈地旋转，研究人员可以观察它们的轨道。

以前，由于时间太短，近距离观察耦合脉冲几乎是不可能的，但新的光谱学方法改变​​了这一现状。“我们可以观察这些脉冲在激光中往返的每一个过程……这样，我们现在就可以实时了解这些动态，这在以前是不可能的，”Herink 说。

有了这些工具，他们就可以研究激光本身，看看它为什么会出现问题。他们发现，通过短暂降低激光功率，他们可以打破这种结合，解开两个脉冲的耦合。然后，通过重新建立功率，他们可以将脉冲重新结合在一起，并在空间和时间上保持不同的分离。

现在，赫林克说道，“你可以预测你的脉搏在哪里，然后你甚至可以控制它们的分离。”

Herink 表示，他和同事希望在此基础上创建一个系统，让他们能够控制短激光脉冲序列。目前科学家使用的方法可能相对较慢——需要整整百万分之一秒。到那时，你想要测量的原子可能已经消失了。Henrick 表示，让激光代替它工作要有效得多。

不过，目前还不确定超短脉冲用户是否会发现这种能力的用处。“我个人认为，这些激光器真正擅长的是制造一个脉冲，”印第安纳州普渡大学的电气工程师安德鲁·韦纳 (Andrew Weiner) 说，他没有参与这项研究。“你希望让它尽可能干净。所以我认为，在大多数应用中，你可能不想这样做。”

但即使大多数应用不需要脉冲对，了解其背后的科学原理也有助于制造更好的激光器。“我认为研究其中的细节很有趣，可以真正理解其中的物理原理，”韦纳说。

“所有这些影响尚未完全了解，”Herink 说。