• 在100 fs的時間內電子吸收光子的能量而躍遷到高能級；
  
  
  
• 為了達到平衡，電子會在1 ps的時間內將能量傳遞給晶格；
  
  
  
• 在10 ps的時間內，這些能量將被逐步傳遞到材料內部。

• 飛秒激光加工的組織中沒有熔融區，沒有重鑄層，不產生微裂紋。這是飛秒加工的最重要特征。它避免了熱熔化的存在，實現了相對意義上的“冷”加工，大大減弱和消除了傳統加工中熱效應帶來的諸多負麵影響。
  
  
  
• 飛秒激光加工精度高，不受光的衍射極限的限製，具有很高的空間分辨性。
  
  
  
• 飛秒激光加工對材料沒有選擇和限製性，可以對任何材料進行精細加工、修複和處理。
  
  
  
• 飛秒激光加工需要的脈衝能量閥值極低，一般隻有毫焦耳量級，這決定了加工的能量低耗性。
  
  
  
• 飛秒激光加工精度高，不受光的衍射極限的限製，具有很高的空間分辨性。

• 飛秒激光能對石英、玻璃、晶體、光纖等各種透明材料內部進行三維加工和改性。激光光強大於多光子吸收閥值時，會激發透明材料對光子能量的吸收。迅速升溫然後驟然降溫，可導致光學透明材料折射率的變化。
  
  
  
• 通過飛秒激光雙光子聚合微細加工技術來實現聚合物的製備。通過雙光子聚合反應，並同時產生固化，生成大分子的聚合物，這樣就得到了需要的三維結構製件。
  
  
  
• 在生物醫學領域，作為超精密外科手術刀，飛秒激光可用於視力矯正手術；也可用於無痛牙科治療，可以避免了因溫度變化引起的神經痛感。
  
  
  
• 在材料製備方麵，飛秒激光應用於脈衝激光沉積領域，可以進行新材料薄膜製備。

在100 μm厚的不鏽鋼薄片上鑽孔，飛秒激光的加工效果明顯好於(yu) 納秒激光（圖1），非常幹淨。

圖2 飛秒和皮秒脈衝在0.5 mm厚的銅片上鑽孔所需的脈衝數。脈衝能量：30 μJ 


在激光脈衝重複率接近兆赫茲，並具有較高的平均功率的情況下，用於加工金屬時，飛秒脈衝似乎比皮秒脈衝更有利。在用19 ps的激光脈衝鑽的孔，觀察到一個薄的熔融層。而用800 fs脈衝的時候，得到一個幹淨的燒蝕區（圖3）。

1)激光脈衝(chong) ：50 kHz，240 fs，800 nm;

2）焊接速度和脈衝(chong) 能量分別為(wei) 0.5 mm/s和1 μJ。


硬而脆的材料，如藍寶石對下一代觸摸屏或被作為(wei) LED生長的基底是很重要的。實驗表明：不像皮秒脈衝(chong) ，飛秒脈衝(chong) （<700 fs）可以在藍寶石當中用來控製單一的裂縫方向（如圖4所示）。

圖4 裂紋形貌與(yu) 激光脈衝(chong) 寬度的依賴關(guan) 係 


與(yu) 固體(ti) 飛秒激光器相比，光纖飛秒激光器有很多優(you) 點：結構緊湊、高集成、高穩定、免維護、免調試；高增益、低閾值、高轉換效率；散熱性能良好；高光束質量。光纖激光器是實用化激光光源的重要方向。

 

圖5 摻鐿(Yb)增益光纖的吸收與發射光譜

啁啾脈衝放大技術是飛秒激光脈衝放大的必要手段。它的基本原理是在脈衝放大之前在時域上對其展寬，以避免脈衝畸變和光學損傷。然後將脈衝能量放大, 最後利用光學元件(棱鏡、光柵)對脈寬再壓縮（圖6）。

 圖6 飛秒激光器結構示意圖

實用化的光纖飛秒激光器如圖7所示。它由光纖鎖模振蕩器、光纖脈衝展寬器、光纖功率放大器及光柵脈衝壓縮器構成。

圖7 光纖飛秒激光器結構示意圖


在固體(ti) 飛秒激光器中常用的體(ti) 光柵脈衝(chong) 展寬器，由於(yu) 體(ti) 積大、穩定性差、難耦合進單模光纖，並不適合用於(yu) 光纖飛秒激光器。


如果單模保偏光纖能夠用作脈衝(chong) 展寬器，這些問題就會(hui) 得到解決(jue) 。但是通常情況下，單模保偏光纖和體(ti) 光柵脈衝(chong) 壓縮器都有正的三階色散，不能相互補償(chang) ，因此脈衝(chong) 壓縮效果很差。


直到利用由功率放大器產(chan) 生的非線性相位移動來補償(chang) 光纖脈衝(chong) 展寬器和光柵壓縮器的3階色散，適合於(yu) 工業(ye) /醫療應用的穩定可靠的光纖飛秒激光器才得以實現。


作為(wei) 光纖飛秒激光器應用的典型例子，美國IMRA公司和德國Carl Zeiss公司合作開發的眼科工具–VisuMax（圖8）所用的全飛秒激光手術技術是目前全球最先進的角膜屈光手術方式。

• 更長的被展寬脈衝；
• 更大孔徑的增益光纖；
• 盡可能短的增益光纖；
• 高階模損耗大的增益光纖；
• 更高衍射效率和損傷閾值的光柵。