在工业领域，通过皮秒级以上的超快激光对材料进行“高定”加工，已经成了高端制造的核心技术之一。相比起传统的激光器，超快激光器究竟有何一技之长，又如何在医疗、科研等领域成为先进激光技术的代名词？

超快激光器的核心目标是产生极短时间尺度的高能量光脉冲，这依赖于激光技术中的“锁模（Mode-Locking）”机制。简单来说，传统连续激光的输出是大量光波相位无序叠加的结果，而锁模技术通过强制不同频率的光波以固定相位关系同步振荡，使它们的波峰与波峰、波谷与波谷精确叠加，最终形成ps乃至fs 级 的极窄光脉冲。

由于其超短的脉冲持续时间，超快激光器与长脉冲或连续波（CW）激光器存在着本质区别。产生如此短的脉冲需要一个宽带光谱。产生超快激光脉冲所需的最小带宽，取决于其脉冲形状及中心波长。通常，这种关系由不确定性原理产 生的时间-带宽乘积（TBP） 来描述。对于高斯脉冲，TBP由下式给出：

其中，Δτ是脉冲的持续时间，Δν是频谱带宽。从方程可以看出，频谱带宽和脉冲持续时间存在反比关系——脉冲越短，产生脉冲所需的带宽就越宽。

其分类主要基于脉冲产生机制、工作参数（如重复频率、平均功率等）及应用场景，以下为脉冲宽度的分类方式，并以LBTEK的超快激光器性能作为参照：

飞秒激光脉冲的宽度极短，峰值功率极高，且热扩散时间远小于脉冲宽度，几乎无热积累。双波长单纵模飞秒光纤激光器因具有频差大、调谐方便以及窄线宽的特点，可获得足够长的相干长度，以进行长距离测量。

相比于飞秒激光，皮秒激光器的优势体现在无需为了放大而展宽和压缩脉冲，且设计相对简单，因此成本效益更高，性能更可靠。适用于非常精确和无应力的微细加工。

• 产品特性：脉冲宽度＜10 ps，偏振消光比＞15 dB，266 nm-1064 nm多种工作波长可选；

• 应用领域：微米尺寸的材料加工、高功率超快激光种子源、超快成像、精密测量光学频率梳等。

 

纳秒激光器

纳秒激光器的脉冲宽度较长（1 ns~100 ns），使得能量可更高效耦合到增益介质中，且重复频率可达MHz级。同款系列产品麓邦商城也提供皮秒激光器可选，输出功率涵盖 5 W、10 W、15 W、30 W四种规格。

 

• 产品特性：重复频率 30 kHz-150 kHz可调，脉冲宽度：<25 ns@40 kHz，输出光束为线偏振光；

• 应用领域：玻璃/陶瓷的高精度切割与钻孔、医疗微创手术、材料微纳加工、前沿科学研究以及半导体制造等。

 

基于三种超快激光器的特性，我们为你准备了一份对比表格，用于不同需求下的器件选择参考。

除了纳秒、皮秒和飞秒激光器外，近年来阿秒级的超快激光器相关的研究也频频迎来突破。比如 2023 年获得诺贝尔物理学奖的三位科学家，就是因为其在“产生阿秒光脉冲以研究物质中电子动力学的实验方法”方面所做出了巨大贡献。

在国内，除了中科院物理研究所、西安光机所和上海光机所外，国防科技大学赵增秀团队、华中科技大学陆培祥团队等研究组，也都在致力于产生和测量更短的阿秒光秒冲，并取得了突破性成果。
相信随着超快脉冲生成技术的迭代，阿秒级超快激光器的制备也会趋于成熟，为电子动力学观测、光伏材料设计和超精密加工等应用领域带来颠覆性突破。