光脉冲

光脉冲就是光源按着一定时间间隔时断时续的发光，特别是非常短的光脉冲通常用激光器产生（激光脉冲），即具有高度定向的辐射。

由于极高的光频率，当光脉冲的光带宽跨越平均频率的很大一部分时，光脉冲可能会非常短（超短）。例如，中心频率为300 THz（对应于1 μm 波长）的高斯脉冲很容易具有30THz的带宽，如果脉冲是变换限制的，这已经对应于≈15fs的脉冲持续时间。

直接在激光器（被动锁模钛蓝宝石激光器）中产生的最短光脉冲的持续时间约为5fs，仅对应于几个光周期（几个周期脉冲）。应用于类似脉冲的脉冲压缩技术可达到非常短的飞秒的脉冲持续时间，而高次谐波的产生甚至可以产生阿秒脉冲。另一方面，许多商业上重要的激光源（特别是Q开关激光器）产生纳秒脉冲（通常具有相当大的脉冲能量），这被认为是短脉冲的，但不是超短脉冲。纳秒脉冲（来自纳秒激光器）也有许多重要的应用，例如在激光材料加工方面。

根据所需的脉冲持续时间、脉冲能量和脉冲重复率，使用不同的脉冲生成、脉冲压缩和脉冲表征方法，总体上涵盖了极其广泛的参数体系。

高峰值功率和强度

由于脉冲持续时间短，而且有可能产生强烈的聚焦，即使脉冲能量适中，光脉冲也可用于产生极高的光强度。例如，一个只有10毫焦耳能量的10-fs脉冲的峰值功率为1TW=1000GW，相当于大约1000个大型核电站的总功率。这种功率可以很容易地集中到直径只有几微米的地方。因此，放大的超短脉冲对高强度物理学非常重要。

光脉冲的特征

有各种方法用于测量所实现的脉冲持续时间或用于在其他方面的脉冲特征。特别是对于测量超短脉冲的持续时间，纯光学技术是非常重要的，因为电子技术对于这种目的来说太慢了。

单次或重复脉冲生成

纳秒脉冲持续时间范围内的短激光脉冲通常以单次模式（按需脉冲，脉冲之间有长且可能不规则的中断）或以脉冲重复率通常为千赫兹的重复模式产生。与此相反，超短脉冲（即持续时间在皮秒或飞秒区域）常常以脉冲串的形式产生，其重复频率高达数兆赫兹或甚至数千兆赫兹。

脉冲串

在某些情况下，激光源不会产生周期性的脉冲序列，而是产生周期性的脉冲串序列，其中每个脉冲串由一定数量的短脉冲或超短脉冲组成。可以有很高的脉冲重复率，例如在兆赫兹或千赫兹区域，而脉冲串的重复率可以低得多，例如在千赫兹区域甚至更低。

脉冲传播

媒体中的脉冲传播有许多有趣的方面。透明介质中的脉冲峰值以群速度而不是相速度传播。色散会导致脉冲的时间变宽（或有时压缩）。对于高的峰值强度，光学非线性会强烈影响脉冲的传播；通常它们会导致脉冲变宽，但强烈的非线性压缩也是可能的。

除了实验测试，脉冲传播的细节也可以通过各种数值模拟来研究。在某些情况下，例如脉冲在单模光纤中的传播或具有固定高斯光束轮廓的自由空间传播，我们可以忽略横向空间尺寸，只考虑每个位置的复数振幅与时间或频率的关系。