老式胶片放映机上的灯泡每秒闪烁大约 24 次；标准的 CRT 电视屏幕每秒更换 50 或 60 帧。世界上最快的相机每秒可拍摄仅持续万亿分之一秒的画面——快到足以观察光线本身缓慢地爬过表面。
这虽然很快，但与一些物理学家玩弄的激光相比，仍然微不足道。欢迎来到超短光脉冲的世界：光波的微小脉冲，从产生它们的激光器发出后，持续时间最短可达千万亿分之一秒。
在如此短暂的时间尺度上，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对脉冲的节奏。他们于 10 月 19 日在《Optica》杂志上发表了他们的研究成果。
超短光通常依赖激光产生非常短的光爆发（与您可能遇到的大多数激光器产生的连续光束相反）。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速度更快——短至阿秒，即十万亿分之一秒。
如果您想知道为什么有人会费心去做这件事，科学家们有几种方法可以利用超短脉冲。最富有成效的用途之一是光谱分析：将光束分解成其光谱，让科学家观察哪些颜色或波长存在或缺失，这可以告诉他们关于光线来自或穿过的材料的信息。
使用超短脉冲进行光谱分析，使科学家能够深入研究分子和原子的内部，或者研究在眨眼之间开始和结束的过程。例如，这项技术使科学家能够观察化学反应的发生过程，这项成果获得了 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元件，尺寸为微米甚至纳米。它们还用于医学领域，用于高精度眼科手术和制造微小支架。
但是，当激光产生超短光脉冲时，它通常会成对产生。就像分子中的化学键合原子一样，这些“耦合”脉冲会振荡，来回跳动，或者分解成更小的部分。
“许多接触这些激光器的人知道会发生这种情况，但他们认为这可能是一种奇怪的巧合，”研究作者、拜罗伊特大学的物理学家 Georg Herink 说。“公司试图避免这种工作模式。他们只想获得一个干净的单一脉冲。”
但这些耦合脉冲的独特特性早已引起理论物理学家的兴趣。他们想知道是否可以控制这种耦合。因此，Herink 和他的同事们构建了一个由光纤（就像编织互联网的光纤）组成的环，并开始将激光的光射入环中。光脉冲在环中不断循环，研究人员可以在其中观察它们的轨道。
以前，由于涉及的时间尺度很短，近距离观察耦合脉冲并不真正可行，但新的光谱分析方法改变了这一点。Herink 说：“我们可以观察到这些脉冲在激光器中每一次的往返过程……通过这种方式，我们现在可以实时了解以前不可能实现的动力学。”
有了这个工具，他们就可以转向激光器本身，找出它为什么会“失控”。他们发现，通过短暂降低激光器的功率，他们可以打破耦合，使两个脉冲分离。然后，通过恢复功率，他们可以再次将脉冲重新耦合在一起，但具有不同的空间和时间间隔。
Herink 说，现在“你可以预测你的脉冲在哪里，然后你甚至可以控制它们之间的间隔。”
Herink 表示，他和他的同事希望在此基础上工作，创建一个允许他们控制短激光脉冲序列的系统。目前科学家们用于此目的的方法可能相对较慢——需要整整百万分之一秒。到那时，您想要测量的原子可能已经消失了。Henrick 说，让激光器来完成这项工作则更有效。
尽管如此，超短脉冲用户是否会找到此功能的用途尚不确定。“我个人认为，这些激光器真正擅长的是产生一个单一的脉冲，”普渡大学（印第安纳州）的电气工程师 Andrew Weiner 说，他没有参与这项研究。“你希望它尽可能干净。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。“我认为研究其细节很有趣，可以真正理解其中的物理原理，”Weiner 说。
“所有这些效应尚未完全理解，”Herink 说。
