現(xiàn)有的激光技術(shù)總是有一個短板，它只能發(fā)出一個單一的波長或窄帶的光。如何擴大激光頻率，形成覆蓋紫外、可見光和紅外波段的超寬帶、超連續(xù)、相干白激光，仍是人類尚未實現(xiàn)的夢想，是一個世界性的科技難題。這是因為激光器由光學(xué)諧振器、增益介質(zhì)和泵浦源組成。激光波長由增益材料中原子、分子或離子的能級結(jié)構(gòu)決定。由于天然激光晶體材料在增益頻率范圍和增益帶寬上的限制，激光不能產(chǎn)生任何波長的激光。

　　這個完美的白色激光會被創(chuàng)造出來嗎?它能給激光應(yīng)用帶來什么變化和發(fā)展?

　　一、陽光

　　眾所周知，萬物都是靠太陽生長的，太陽給地球帶來光和熱。人們熟悉太陽光是一種白光，其光譜覆蓋了紫外可見光近紅外中紅外波段。如圖1所示，可見波段(400-700nm)的輻射能量最強，覆蓋紅、橙、黃、綠、藍、紫七種顏色，在光譜中連續(xù)分布和透射。因為陽光是白色的，雨后天空中常有彩虹，或者陽光通過玻璃棱鏡時有七種顏色的光帶(圖2)，這是人們?nèi)粘Ｉ钪械某Ｒ婓w驗。

　　人們不太熟悉的一件事是陽光是一種完全不相干的光。在空間相干性方面，太陽光不能被準直和高度發(fā)散。在時間相干性方面，不同顏色的太陽光之間不存在相位相關(guān)和鎖定現(xiàn)象。因此，陽光只能用來發(fā)電，用于供暖、熱水器、太陽能電池等方面。然而，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，如利用太陽光來傳遞信息，卻顯得力不從心。

　　二，激光

　　自20世紀以來，激光是繼原子能、計算機和半導(dǎo)體之后人類的又一項重大發(fā)明激光具有方向性好、亮度高、單色性好等特點。其綜合性能遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)光源如日光燈、白熾燈、熒光燈、led燈等。它是人類利用光的信息和能量的一種革命性的方式。自1960年邁曼發(fā)明第一臺激光器(紅寶石激光器)以來，近50年來，激光技術(shù)取得了巨大的進步和成就，在人類社會的許多領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。隨著激光技術(shù)的迅速發(fā)展，從早期的氣體激光器(He-Ne激光器)、高功率二氧化碳激光器、準分子激光器、可調(diào)諧染料激光器、半導(dǎo)體激光器、納秒和皮秒脈沖激光器，到最近的光纖激光器和飛秒脈沖激光器，越來越多的激光器家族成員，其性能(光束質(zhì)量、模式分集、脈沖寬度、峰值功率、平均功率、空間相干性、時間相干性等)不斷提高。激光技術(shù)已成為科學(xué)研究、國防軍事、照明、光纖通信、信息傳感、存儲顯示、工業(yè)生產(chǎn)、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境檢測等方面不可缺少的工具，極大地推動了這些應(yīng)用邁上了新的臺階。

　　然而，現(xiàn)有的激光技術(shù)總是有一個短板，它只能發(fā)出一個單一的波長或窄帶的光。如何擴大激光頻率，形成覆蓋紫外、可見光和紅外波段的超寬帶、超連續(xù)、相干白激光，仍是人類尚未實現(xiàn)的夢想，是一個世界性的科技難題。這是因為激光器由光學(xué)諧振器、增益介質(zhì)和泵浦源組成。激光波長由增益材料中原子、分子或離子的能級結(jié)構(gòu)決定。由于天然激光晶體材料在增益頻率范圍和增益帶寬上的限制，激光不能產(chǎn)生任何波長的激光。

　　1961年發(fā)明的非線性變頻技術(shù)(倍頻、和頻、差頻、參量放大等)可以通過非線性晶體材料將高質(zhì)量的激光轉(zhuǎn)換成一定的固定波長因此，非線性頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)是拓寬激光輸出波長的重要手段，而非線形晶體材料則是這項技術(shù)的基礎(chǔ)。非線性變頻需要相位匹配。在相位匹配條件下，非線性過程可以獲得最大的轉(zhuǎn)換E。