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飛秒激光脈沖通過(guò)偏振及能量控制系統(tǒng)，粗略調(diào)控其能量，并控制激光為偏振方向平行于水平方向的線偏振光。采用雙柱透鏡法，對(duì)飛秒激光脈沖空間形狀進(jìn)行整形，以配合后面的色散系統(tǒng)生成具有特定光譜分布的入射激光。使用兩個(gè)平行放置的具有相同參數(shù)的閃耀光柵，將脈沖不同頻率在空間上展開(kāi)，引入一定的空間啁啾。由偏振及能量控制系統(tǒng)精細(xì)調(diào)節(jié)脈沖能量和偏振方向。利用物鏡進(jìn)行聚焦，只有在物鏡的焦點(diǎn)處，脈沖的不同頻率分量在空間上才是重合的，可以達(dá)到傅里葉變換極限的最短脈沖寬度，峰值光強(qiáng)也最高。樣片的位置由一個(gè)計(jì)算機(jī)控制的六軸平移臺(tái)來(lái)控制。加工過(guò)程可以通過(guò)CCD實(shí)時(shí)觀測(cè)。

在透明材料內(nèi)部直寫光波導(dǎo)或者制備三維微流體結(jié)構(gòu)等應(yīng)用往往需要獲得三維各向同性的加工分辨率。對(duì)于傳統(tǒng)聚焦的飛秒激光來(lái)說(shuō)，焦點(diǎn)的瑞利距離總是大于橫向焦斑，使得加工的橫向分辨率總是優(yōu)于縱向分辨率。為此，人們發(fā)明了多種脈沖整形技術(shù)，其中飛秒激光時(shí)空聚焦技術(shù)一經(jīng)提出，立刻引起了人們廣泛的關(guān)注。時(shí)空同步聚焦加工可增加沿著光軸方向上的加工精度，并有效避免非線性效應(yīng)；可以實(shí)現(xiàn)許多傳統(tǒng)加工難以實(shí)現(xiàn)的靈活控制，諸如光場(chǎng)的暗聚焦，遠(yuǎn)程光斑位置調(diào)節(jié)正反不對(duì)稱加工等。由于這些優(yōu)勢(shì)使得飛秒激光時(shí)空聚焦加工在飛秒激光非互易直寫、三維光刻、3D打印等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。多個(gè)研究小組也研究了時(shí)空聚焦飛秒激光在空氣、水、生物組織等物質(zhì)中的傳輸規(guī)律及其與物質(zhì)相互作用的新現(xiàn)象。

（1）可以大幅拓展雙光子聚合打印的最終尺寸，并在熒光顯微、光斑控制、微通道加工和三維納米快速成型等方面具有諸多應(yīng)用；

（2）在飛秒激光成絲、等離子體的超快操控、極端非線性光學(xué)、遠(yuǎn)程遙感等領(lǐng)域中獲得更多新的進(jìn)展與突破；

（3）在微流控、光子集成、太赫茲光學(xué)、3D打印等方面均有望發(fā)揮及其重要的作用，解決關(guān)鍵性的科學(xué)問(wèn)題； 

（4）利用時(shí)空聚焦技術(shù)可以有效地提高飛秒激光對(duì)生物組織的燒蝕精度，有望被應(yīng)用于人體組織的精密切割手術(shù)等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。