中國傳統(tǒng)制造業(yè)正面臨深度轉(zhuǎn)型和升級，激光技術(shù)在消費電子、新型顯示、激光內(nèi)雕、生物醫(yī)療等領(lǐng)域獲得了越來越多的應(yīng)用，這些新的需求對激光加工精細度的要求變得更加苛刻。超快激光加工技術(shù)與傳統(tǒng)激光技術(shù)相比具有很多優(yōu)點，加工精度高，應(yīng)用范圍廣泛，無明顯熱效應(yīng)。我國超快激光器行業(yè)處于快速成長階段，國內(nèi)主要企業(yè)開始展開在超快激光領(lǐng)域的布局，有望較快占領(lǐng)國內(nèi)市場并實現(xiàn)出口。

超快激光-激光器家族的年輕成員

按照輸出形式分類，超快激光屬于超短脈沖。在工業(yè)上，通常將激光分成連續(xù)波、準(zhǔn)連續(xù)、 短脈沖、超短脈沖四類。連續(xù)波以多模連續(xù)光纖激光器為代表，占據(jù)了當(dāng)前工業(yè)市場的大部分份額。準(zhǔn)連續(xù)波又稱長脈沖，可產(chǎn)生ms~μs量級的脈沖，占空比為 10%，這使得脈沖光具有比連續(xù)光高十倍以上的峰值功率。短脈沖指的是ns量級的脈沖，廣泛的應(yīng)用 于激光標(biāo)刻、鉆孔、醫(yī)療、激光測距、二次諧波的產(chǎn)生、軍事等領(lǐng)域。超短脈沖則是我們所說的超快激光，包括達到ps、fs 量級的脈沖激光。

超快激光的進階之路

所謂超快激光，是指脈沖寬度在皮秒(ps，-s)量級及以下的脈沖激光。納秒、皮秒、飛秒都是時間單位，1ns=10-9s，1ps=10-12s，1fs=10-15s。這個時間單位，表示 的是一個激光脈沖的脈沖寬度，簡言之就是在如此短暫的時間內(nèi)輸出一個脈沖激光。由于其輸出單脈沖時間非常非常短，因此這樣的激光稱為超快激光。

激光技術(shù)誕生以來，超快激光就是激光研究的重點。1960年，第一臺激光器--紅寶石激光器問世為超快過程的研究打開了門戶，隨后出現(xiàn)的調(diào) Q 技術(shù)和鎖模技術(shù)使得超快激光取得了長足進步。20 世紀(jì) 80 年代，超快光譜學(xué)發(fā)生了革命性的變化。對撞脈沖鎖模(CPM)的 概念引入了染料激光器，皮秒激光脈沖被壓縮到了飛秒(fs)時域，產(chǎn)生了100 fs 的脈沖。但是克爾效應(yīng)導(dǎo)致的自聚焦及元件損傷的問題限制了超寬激光的進一步發(fā)展。直到1985年 CPA 技術(shù)的出現(xiàn)，解決了這一難題，成為了超快激光發(fā)展史上的里程碑。

最先技術(shù)-調(diào) Q 技術(shù)

調(diào)Q技術(shù)與鎖模技術(shù)是超快激光普遍采用的技術(shù)。所謂調(diào)Q就是指調(diào)節(jié)激光器的Q值的技術(shù)。在激光器泵浦的初期，把諧振腔的Q值調(diào)得很低，使激光器暫時不滿足振蕩條件，在泵浦脈沖的激勵下獲得很高 的粒子數(shù)密度時，再迅速調(diào)大諧振腔的Q值，此時反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度遠大于閾值反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度，激光振蕩迅速建立并達到很高的峰值功率，同時反轉(zhuǎn)粒子數(shù)迅速被耗盡，脈沖很快結(jié)束，這樣就獲得了具有窄脈沖寬度和大峰值功率的激光脈沖。利用調(diào)Q技術(shù)能夠建立納秒脈沖的輸出。

重要技術(shù)-鎖模技術(shù)

鎖模是激光器產(chǎn)生超短脈沖的重要技術(shù)。激光器光腔內(nèi)存在多種模式的激光脈沖，當(dāng)這些模式相互間的相位實現(xiàn)相長干涉時才產(chǎn)生激光超短脈沖或稱鎖模脈沖輸出。鎖模一般分為兩類:一類是主動鎖模，另一類是被動鎖模。前者是從外部向激光器輸入信號周期性地調(diào)制激光器的增益或損耗，達到鎖模;后者則采用飽和吸收器，利用其非線性吸收達到鎖定相對相位，產(chǎn)生超短脈沖輸出。

革命性技術(shù)-CPA 技術(shù)

鎖模技術(shù)出現(xiàn)以后，利用鎖模技術(shù)產(chǎn)生具有皮秒及飛秒脈寬的超短脈沖激光，這類脈沖激光不僅可以用來研究觀察分子、原子等微觀世界粒子的超快動力學(xué)行為，揭示掩蓋在瞬態(tài)過程中的科學(xué)現(xiàn)象與規(guī)律，而且比納秒乃至微秒等長脈沖激光具有高數(shù)個量級的峰值功率。因此進一步放大超短脈沖激光，是產(chǎn)生高峰值功率激光的當(dāng)然選擇。但隨著激光峰值功率的提高，人們面臨的一個重要問題是激光在達到放大飽和前，就由于強度依賴的克爾效應(yīng)導(dǎo)致的自聚焦及元件損傷，正是由于該原因，激光強度的進一步發(fā)展遭遇了巨大瓶頸。直到1985年，當(dāng)時在美國羅切斯特大學(xué)工作的Gérard Mouro教授和他的博士生Donna Strickland 巧妙地提出了啁啾脈沖放大(Chirped Pulse Amplification，CPA)的概念，從而有效解決了這一矛盾，引發(fā)了激光峰值功率的飛躍。