超快激光

      什么是脉冲宽度？就是激光发射的时间长短。

      想象一下，光在如此短的时间，能跑多远？假设地球上有个人将激光笔对着月亮，大概1.3秒后，激光就会达到月球表面。当然得理想化一点，光没有散射或损耗。而对于1皮秒的时间，光也就只能走头发丝打个结的距离了。

      下面是时间单位换算的公式，可以看出1皮秒的时间有多短：

      1 秒(s)=10-0s=1s

      1 纳秒(ns)=10-9s=0.000 000 001s

      1 皮秒(ps)=10-12s=0.000 000 000 001s

      1 飞秒(fs)=10-15s=0.000 000 000 000 001s

      工业激光器中皮秒激光器、飞秒激光器、以及科研领域比较热的阿秒激光，这些都属于超快激光的范畴。对于脉宽介于几十皮秒和1纳秒之间的激光器，行业人员不会将之称为超快激光，而是称之为亚纳秒激光器。

      超快激光器根据波长不同，又可以分为红外皮秒、绿光皮秒、紫外皮秒等。

优势

      超快激光是激光领域重要的发展方向之一，作为一种新兴的技术手段，在精密微细加工方面有着显著优势。超快激光产生的超短脉冲与材料相互作用时间极短，不会给周围材料带来热影响，因此超快激光加工也被称为冷加工。这是因为，当激光脉冲宽度达到皮秒或飞秒量级，可以在很大程度上避免对分子热运动的影响，产生更少的热影响。

      超快激光器的两大核心诉求——高稳定性的超短脉冲和高脉冲能量。可以利用锁模技术获得超短脉冲，利用CPA放大技术获得高脉冲能量，其中涉及的核心部件包括振荡器、展宽器、放大器和压缩器等。

应用

医疗领域

       飞秒激光视力矫正，也是大家比较熟悉的激光应用之一。在众多的近视矫正术中，全飞秒激光手术已经成为主流治疗近视眼的方法，与传统的准分子激光手术相比，全飞秒激光手术具有手术准确度高、无明显疼痛感、术后视觉效果好等优势。

       由于心脏支架壁管极薄，通常采用激光加工代替常规的机械切割。但是，使用普通激光通过烧蚀融化来加工，这样加工的心脏支架存在毛刺多、切槽宽度不统一、表面烧蚀严重、筋宽不均匀等一系列问题。近年来，国外企业已经开始采用飞秒激光进行支架切割。

科研领域

       双光子聚合技术(2PP)是一种“纳米光学”3D打印方法，类似于光固化快速成型技术，未来学家 Christopher Barnatt认为这种技术未来可能会成为主流3D打印形式。双光子聚合技术的原理是通过使用“飞秒脉冲激光”选择性固化感光树脂。听起来似乎像光固化快速成型，区别在于双光子聚合技术能够实现的最小层厚和X-Y轴分辨率均在100纳米和200纳米之间。换句话说2PP 3D打印技术比传统光固化成型技术精确度高了几百倍，打印出来的东西比细菌还小。

显示面板切割（贝塞尔光束）

       关于贝塞尔光束的激光应用，国内基本比较成熟了。最成功的案例，我想应该就是激光切割显示面板了吧。由于激光加工效率高，稳定好，维护方便，目前激光倒角机已经基本取代了机械式倒角机。

       这项激光加工技术的基本原理是通过超快激光的光束整形，获得长焦深的贝塞尔光束，作用于显示面板的玻璃基板，实现任意形状的切割。市场上的各种全面屏手机，例如刘海屏，水滴屏，美人尖等，这些屏幕外形基本都是采用超快激光切割获得的。

       贝塞尔激光切割透明脆性材料，严格来讲是包含两个步骤，即切割+裂片。因为激光切割后，材料并不能自动脱落，而是需要借助外力实现裂片。而裂片的难度随着切割材料的厚度增加，是明显增大。对于切割较厚的材料，要么可以多次切割，来弥补切割焦深不够的不足，要么提高激光脉冲能量，设计更长焦深的切割头。此外，技术上也有一些解决方法，例如burst-mode脉冲串模式。再不够的话，那就得依靠激光技术的提升，获得更高的脉冲能量了。

       而裂片，就相对复杂一些了。不仅仅是因为材料厚度增加后，裂片的阻力明显增大。还包括切割形状（例如异形）、切割内封闭图形、材料特性等因素，使得裂片的难度和复杂性明显增大。