第一代超快激光器使用摻鈦藍寶石作為(wei) 激光有源材料，於(yu) 20世紀90年代早期被商業(ye) 化推出。

1999年，諾貝爾化學獎被授予Ahmed Zewail教授，以表彰他在超短時間化學反應分析工作上取得的成就。在十年之內(nei) ，從(cong) 一種新技術發展到應用該技術且獲得諾貝爾獎，這展示了超快激光器為(wei) 科學領域帶來的革命性變化。

在這十年間，盡管當時的激光器未能滿足各種工業(ye) 對它們(men) 在性能、成本、規格和可靠性方麵的要求，但是超快激光器在新工業(ye) 或醫療應用中的潛力已經顯而易見。

2000年左右，采用摻鐿激光材料和電信級半導體(ti) 的新一代二極管泵浦超快激光器推向市場。這些緊湊型高功率、高度可靠性以及性價(jia) 比高的超快激光源為(wei) 快速擴展的市場拓展了工業(ye) 應用。結果是，過去十年中，安裝數量逐年翻番。

如今，業(ye) 界已能提供商業(ye) 工業(ye) 超快激光器，具有從(cong) 飛秒到皮秒級的大範圍脈寬，平均功率範圍幾十瓦，能夠用於(yu) 苛刻的工業(ye) 和醫療環境。

應用背景

超快激光器在極短時間內(nei) 聚集脈衝(chong) 能量，形成極高功率密度。緊湊型台式超快激光器提供的功率甚至可超越核電站。由於(yu) 具有如此之高的功率，其激光可以加工幾乎任何類型的材料，包括傳(chuan) 統的、很難加工的材料，例如金屬、陶瓷和玻璃。

另外，由於(yu) 脈寬極小，加工期間幾乎不產(chan) 生多餘(yu) 的熱量，這種無熱加工的效果和質量極佳。另外，在進行微機械加工時，不會(hui) 產(chan) 生熔化、開裂、汽化或者其它有害散熱。

超快激光器現被用於(yu) 追求高質量加工效果的工業(ye) 應用，例如：

● 選擇性燒蝕，用於(yu) 加工半導體(ti) 、顯示屏或光伏產(chan) 業(ye) 用的薄膜；

● 無應力內(nei) 雕，用於(yu) 製藥和奢侈品行業(ye) 中的防偽(wei) 應用；

● 眼睛屈光手術，包括視力矯正和白內(nei) 障手術；

● 微電子工業(ye) 的高質量微機械加工應用；

● 醫療設備製造。

醫療設備製造

醫療設備是具有高附加值的產(chan) 品，在質量方麵要求嚴(yan) 格，通常要求采用挑戰性的工業(ye) 製造工藝。基於(yu) 這些原因，超快激光器在醫療設備製造領域獲得大量應用。

最著名的應用是支架製造。支架是一種由金屬或聚合物製造而成的假體(ti) 。它可用於(yu) 擴張術，使得在血管或腔體(ti) 狹窄或閉塞的情況下血液能夠流入閉塞的動脈。激光切割支架的質量優(you) 良且功能多樣，現今是支架及其輔助工具的主要製造工藝。

典型的支架是采用激光束切割其框架的小型管道，因此管道的性能與(yu) 彈簧相似，可以防止手術之後動脈收縮。取決(jue) 於(yu) 型號和製造商而定，支架的直徑從(cong) 1.2毫米至3.5毫米不等，壁厚為(wei) 0.10毫米至0.25毫米。可以考慮三種不同的支架：

● 采用金屬、不鏽鋼（80%）或鎳鈦合金（即含有鎳和鈦金屬的、可以記憶形狀的合金，20%）製造的簡單支架。

● 金屬支架加上某些活性物質，以防通道再次出現狹窄的情況。采用“幾步洗脫”在支架上添加活性物質，以提高支架的耐用性。通過支架上的微型貯液囊或者塗層來執行洗脫。這些支架占據了每年實際支架手術的主要份額（大於(yu) 75%）。

● 最近出現的生物可吸收支架，一般采用PLLA（聚乳酸）聚合物製造。這些產(chan) 品也可添加活性物質。使用時，支架緩慢降解並在動脈愈合之後逐漸融於(yu) 血液之中，這一過程需要幾個(ge) 月或者多達一年或兩(liang) 年的時間。近來，生物可吸收聚合物支架已經通過CE認證，可在歐洲使用。

由於(yu) 生物可吸收支架采用聚合物製造，這種材料對於(yu) 熱效應極其敏感，采用長脈衝(chong) 激光進行機加工時，不能保證足夠好的質量，而且切割工藝會(hui) 產(chan) 生熱量，因此需要采用超快激光加工工藝製造這些支架，以達到優(you) 質的製造效果。

另一方麵，如今采用長脈衝(chong) 激光加工金屬支架，脈寬通常為(wei) fs或ns級別。

激光切割技術的應用始於(yu) 管道，僅(jin) 僅(jin) 是支架製造工藝中的一部分。其它工藝包括修邊、機械延展和熱處理、電拋光、消毒和殺菌以及包裝。根據激光的用途，激光切割期間在管道內(nei) 使用水流做濕切割。輔助氣體(ti) 也可以提高整體(ti) 的切割質量。通常，切割寬度為(wei) 10 至20mm，精確度為(wei) 5um，切割速度為(wei) 5 mm/s。

後期加工步驟占據著製造總成本中的大部分。由於(yu) 超快激光器光束切割金屬的質量優(you) 於(yu) 長脈衝(chong) 激光，因此，後期加工階段成本大幅降低。

製造總成本包括攤銷激光器投資、激光器工作成本以及後期加工成本。超快激光器的投資成本一般高於(yu) 其它技術。但是，它們(men) 的工作成本低，還可以大幅降低後期加工成本。另外，由於(yu) 激光器功率和重複率持續改進，這將大幅增加加工產(chan) 量。

所有這些因素推動了超快激光器在支架製造中的應用大量增長，這種趨勢在未來幾年中還將繼續。

概括地說，醫療設備製造中工業(ye) 工藝的日益發展，受益於(yu) 超快激光器可實現高質量加工，包括激光切割脈管設備（閥門、神經支架）；在導管或針上進行激光微鑽孔；以及對可移植的生物相容元件做表麵微處理。

新興(xing) 應用

新興(xing) 應用將逐漸找到其更為(wei) 廣泛的用武之地。例如，超快激光器的直接激光打印允許將活性細胞精確沉積到生物基板上，精確度高，細胞死亡率低，對於(yu) 組織工程或重構有著令人興(xing) 奮的前景。

超快激光器也用作微型超薄切片機，精確切除或切開組織或生物樣本。這些技術目前正被延伸到納米級，允許在細胞內(nei) 開展納米解剖。在其它領域，超快激光器正成為(wei) 製造生物芯片的一種重要工具，這種生物芯片集成了機械、光學和微流體(ti) 功能。歐盟讚助的Femtoprint項目（網址：www.femtoprint.eu）是一家多合作夥(huo) 伴協作項目，旨在開發微型和納米級打印機，以便能夠使用先進的緊湊型超快激光器來製造微係統。

結論和展望

采用工業(ye) 超快激光器，可以進行高質量加工，用於(yu) 醫療設備製造等應用極其理想。動態科學與(yu) 工業(ye) 領域推動了新型工業(ye) 應用日益發展。

超快激光器技術的進一步發展將促使其平均功率更高、重複率更高以及尺寸更小，這意味著越來越多的新應用將具有經濟競爭(zheng) 力，在未來的製造工藝中發揮重要的作用。