超短、超強和高聚焦能力是飛秒激光的3大特點。 飛秒激光脈寬可短至4 fs(1fs=10^-15 s)以內(nei) …，峰值 功率高達拍瓦量級(1Pw=10¹⁵w)聚焦功率密度達到10²⁰-10²²W／cm²。飛秒激光可以將其能量全部、快速、準確地集中在限定的作用區域，實現對玻璃、陶瓷、半導體(ti) 、塑料、聚合物、樹脂等材料的微納尺寸加工，具有其它激光加工無法比擬的優(you) 勢：①耗能低，無熱熔區，"冷"加工；②可加工的材料廣泛：從(cong) 金屬到非金屬再到生物細胞組織，甚至是細胞內(nei) 的線粒體(ti) ；③高精度、高質量、高分辨率，加工區域可小於(yu) 焦斑尺寸，突破衍射極限；④對環境沒有特殊要求，無汙染。飛秒激光微加工是當今世界激光、光電行業(ye) 中極為(wei) 引人注目的前沿研究方向。世界各國學者在飛秒激光與(yu) 材料相互作用機理研究方麵已取得重大的進展，開發出以鈦寶石激光器為(wei) 主的飛秒激光微加工係統，開展了飛秒激光微納加工的工藝研究，促進了多學科的融合，推動著飛秒激光微納加工技術向著低成本、高可靠性、多用途、產(chan) 業(ye) 化的方向發展。飛秒激光微加工技術將在超高速光通訊、強場科學、納米科學、生物醫學等領域具有廣泛的應用和潛在的市場前景。本文旨在綜述飛秒激光微加工技術國內(nei) 外的研究狀況，介紹飛秒激光微加工的重要應用，展望其今後的發展趨勢。 

1 飛秒激光微加工係統的發展現狀
   
   飛秒激光出現以來，啁啾脈衝(chong) 放大、以鈦寶石晶體(ti) 為(wei) 主的增益介質、克爾透鏡鎖模。和半導體(ti) 可飽和吸收鏡等技術促使著它從(cong) 染料激光器發展到自啟動克爾透鏡鎖模激光器，以及後來的二極管泵浦全固態飛秒激光器和飛秒光纖激光器。為(wei) 滿足科研和生產(chan) 進一步發展的要求，國內(nei) 外學者仍然致力於(yu) 飛秒激光器研究，紛紛搭建起微加工係統。飛秒激光係統由振蕩器、展寬器、放大器和壓縮器4部分組成。表1是近年來國內(nei) 外最具有代表性的飛秒激光器、微加工係統。從(cong) 表l可以看出：①輸出脈寬大約幾百飛秒，真正短到幾飛秒的甚少，因而平均功率較低，限製了它在商業(ye) 中的應用，生產(chan) 效率較低；②工作穩定性提高，壽命延長，如暢銷全球的CPA-21××係列的種子光有20年的平均無故障時間；③實現MHz的重複頻率輸出；#p#分頁標題#e#④可調諧波長範圍變廣，加工精度、光束質量較高；⑤利用它的超快特性，逐漸實現三維精細加工。但飛秒激光係統在小型化、可調可控性、實用性、全光纖等方麵還有很大的發展空間。 

飛秒激光加工微結構
   
   基於(yu) 能量高度集中、熱影響區小、無飛濺無熔渣、不需特殊的氣體(ti) 環境、無後續工藝、雙光子聚合加工精度可達0．7μm等優(you) 勢，飛秒激光在誘導金屬微結構加工應用方麵和精細加工方麵都取得了很大的進展。
   
   (1)孔加工在1mm厚的不鏽鋼薄片上，飛秒激光進行了具有深孔邊緣清晰、表麵幹淨等特點的納米級深孔加工；在金屬薄膜上，鈦寶石飛秒激光加工製備出了微納米級陣列孔，孔徑最小達2.5μm，孔直徑在2．5～10μm間可調，最小間距可達10μm，很容易實現10-50μm間距調整。 

2 光通信領域
   
   光通信的高速率、大容量和寬帶寬的發展方向，要求光電器件的高度集成化。而集成化的前提是光電器件的微型化。因此，光電器件的微型化是當前光通信領域研究的前沿和熱點。近年來，相比傳(chuan) 統的光電技術，飛秒激光微加工技術將成為(wei) 新一代光電器件的製造技術。國內(nei) 外學者在光波導的製備技術等諸多方麵進行了有益的探索，取得了很大的進展。
   
   (1)光波導的製備光波導易於(yu) 和光纖通信係統耦合且損耗小，在頻域中呈現出豐(feng) 富的傳(chuan) 輸特性，成為(wei) 光纖器件的研究熱點。與(yu) 離子注入法和熱擴散型離子交換法等目前常用的製作方法相比，飛秒激光製作波導在室溫環境下進行，過程簡單，波導結構在高溫時仍能保持良好的質量和穩定性。美國學者用飛秒激光 製備的增益光波導長1 cm，可產(chan) 生3 dB／cm的信號增益。大阪大學的WatanabeW等用85 fs、重複 頻率l kHz、單脈衝(chong) 能量1#p#分頁標題#e#．5 μJ的鈦藍寶石激光製作 的多模幹涉波導陣列，實現了高階模輸出。目前，利用計算機精密控製飛秒激光加工平台，可以在材 料內(nei) 部的任意位置製得任意形狀的二維、三維或單模光波導。
   
    (2)光柵的製備光柵在光通訊、色散補償(chang) 、光纖傳(chuan) 感等領域中發揮著不可替代的作用。光產(chan) 業(ye) 的發展，對光柵提出了更高的要求：①不同幾何形狀排列，如六角陣列光柵；②在光纖內(nei) 部刻劃，如Bragg(布拉格)光纖光柵。傳(chuan) 統加工方法工序繁雜、製作的光柵穩定性差、壽命短。而飛秒激光微加工克服了這些缺點，永久性改變折射率，改變量高達0．05，實現直接刻劃，順應了現代光柵微型化和多樣化的發展趨勢。MihailovS等人采用鈦寶石飛秒激光在摻鍺通信光纖纖芯上獲得的反射Bragg光柵，具有折射率調製範圍廣，溫度穩定性高的特點。

   (3)光子晶體(ti) 的製備光子禁帶和光子局域是光子晶體(ti) 的兩(liang) 大特征，使其極有可能取代大多數傳(chuan) 統的光學產(chan) 品。但是微米甚至亞(ya) 微米級三維複雜光子晶體(ti) 的製備技術是急需解決(jue) 的關(guan) 鍵問題。飛秒激光雙光子聚合法靈活，加工精度高，是製備光子晶體(ti) 的理想選擇。SunH B等人采用飛秒激光製出任意晶格的光子晶體(ti) ，它能單獨地為(wei) 單個(ge) 原子選址。serbinJ等人采用飛秒激光雙光子聚合得到結構尺寸小於(yu) 200 nm，周期為(wei) 450 nm的三維微結構和光子晶體(ti) ㈣J。MarkusDeubel采用飛秒激光直接掃描法製出應用於(yu) 無線電通信的三維光子晶體(ti) 。國內(nei) 的戴起勳等製出杆、層間距均5μm，共4層，分辨率為(wei) 1．1μm的層狀木堆型光子晶體(ti) 。

  (4)光存儲(chu) 使用高分辨率存儲(chu) 材料無疑會(hui) 增加記錄密度，而采用超短激光進行亞(ya) 微米級操作會(hui) 得到更好的效果。飛秒激光多光子吸收作用引起材料的永久性光致還原現象，為(wei) 超高密度三維立體(ti) 光存儲(chu) 提供了一個(ge) 全新的思路，存儲(chu) 密度可達10¹³bits／#p#分頁標題#e#cm³。其特點：①快速的數據讀、寫(xie) 、擦寫(xie) 、重寫(xie) ；②並行數據隨機存取；③相鄰數據位層間串擾小；④存儲(chu) 介質成本低。飛秒激光三維立體(ti) 光存儲(chu) 技術成為(wei) 當前海量存儲(chu) 技術發展的一個(ge) 新研究方向。
   
   (5)微通道的製備聚合物力學性能好，具有生物相容性，而且飛秒激光光束幾乎可以毫無衰減地到達透明材料內(nei) 部的聚焦點，入射激光唯有在該點位置才能獲得較高的功率密度，發生非線性多光子吸收和電離，實現材料內(nei) 任意部位三維微結構的直寫(xie) 。采用150fs鈦藍寶石脈衝(chong) 激光在聚甲基丙烯酸甲脂(Polymethyl Methacrylate：PMMA)內(nei) 製備出最小直徑2μm、最長達10mm的微通道，道壁光滑且沒有裂紋，沒有損壞透明材料表麵，這種微通道將廣泛用於(yu) 生物醫學技術如DNA拉伸、微統計分析係統等。