固体飞秒激光器

被动锁模固体飞秒激光器能发出高质量的超短飞秒脉冲激光，典型的脉冲宽度从10 fs至几百fs。各种二极管抽运激光器，如基于掺钕或掺镱的增益媒介，在这种体系中，典型的平均输出功率在100 mW和10w之间。应用先进的色散补偿的钛蓝宝石激光器甚至可适用于持续时间小于10 fs的脉冲，极限情况下可以达到约5 fs。飞秒振荡器脉冲重复频率在大多数情况下为50 MHz到500 MHz，飞秒放大器可实现mJ至J的单脉冲能量输出，重复频率通常在1MHz以下。

飞秒光纤激光器

大多数情况下飞秒光纤激光器也采用被动锁模机制，提供的典型脉冲持续时间在30到500 fs，重复频率20MHz到GHz。飞秒光纤激光器平均功率通常不高，从mW至5W不等，但是可通过与光纤放大器结合，可拥有更高的平均功率和脉冲能量。目前飞秒光纤激光器技术日趋成熟，在很多科研和工业应用中正逐步取代固体飞秒激光器。

染料激光器

钛蓝宝石激光器出现之前，超短脉冲产生领域由染料激光器主导。染料激光器的增益带宽允许脉冲持续时间为10 fs级别，不同的激光染料适用于各种发射波长，且常在可见光谱的范围内。由于染料激光器一些处理中的缺点，飞秒染料激光器不再经常使用。

半导体飞秒激光器

一些锁模二极管激光器可以产生飞秒级别的脉冲。在激光器的直接输出端，脉冲持续时间通常至少几百飞秒，但利用外部脉冲压缩，可以获得脉宽更短的脉冲。 被动锁模的垂直外腔面发射激光器(VECSELs)也是可能实现的；这种类型的激光器受关注，主要是因为它可以提供一种结合的特点，短脉冲持续时间，脉冲重复率高，时而有很高的平均输出功率，但是它不适合于很高的脉冲能量。

太赫兹：

太赫兹介于远红外和微波之间，通常把 0.1-10THz 频段被称为太赫兹波段。飞秒激光作为产生太赫兹的工具之一，可激发光电导天线PCA、非线性晶体（ZnTe、LiNbO3、DAST 等）产生短脉冲宽光谱太赫兹辐射。目前常见的太赫兹时域光谱系统、太赫兹近场扫描成像系统等均配备800nm或1.5um飞秒激光器。

太赫兹近场扫描成像原理图

超快光谱：

时间分辨光谱学是应用非常成功或者是应用较广泛的飞秒激光技术。物质是由分子和原子组成的，但是它们不是静止的，都在快速地运动着，这是微观物质的一个非常重要的基本属性。飞秒激光的出现使人类第一次在原子和电子的层面上观察到这一超快运动过程。它主要是把超短脉冲作为一种拍摄超快物理过程的瞬态摄影设备，就好像几十年前用于拍摄子弹穿越苹果和牛奶滴落的闪光高速摄影像机（微秒量级）一样。

 

高速电子测试：

高速电子设备开发过程中测试是非常重要一环，而测试设备往往比被测试的设备速度还慢。现在较快的电子设备达到了ps范围，那么飞秒激光可以很容易的产生亚ps的电子脉冲对高速电子设备进行测试。

 

激光-等离子体相互作用：

用光强大于10¹³W/cm²的激光照射固体材料时，可以将原子中的电子电离出来，形成激光诱导等离子体。在100fs的时间尺度上，等离子体中的自由电子来不及逃逸，可以研究温度高达百万度的密度与固体相近的等离子体

飞秒激光等离子体丝 LIBS 实验装置图

短波长辐射产生：

高强度可见光波段超短脉冲激光可以通过更高阶次非线性谐波产生过程或泵浦x射线激光器来产生真空紫外和x射线波段的相干短波辐射。例如相干短波辐射可用来研究DNA的微观结构

 

光通信：

低传输损耗光纤具有可和100fs脉冲相比的带宽，因此超短脉冲技术在光通信中将扮演重要角色。目前亚皮秒脉冲已经被应用在传输速率达到Tbits/s的实验室设备中。在这方面，超短脉冲技术不仅仅在超短脉冲的产生方面重要，在信号处理、数据检测、用于辨别和优化超短脉冲传输的先进测量学方面也同样重要。另外，对于WDM系统，超短脉冲具有极宽的带宽，因此能提供更多的信道。

 

生物医学应用：

飞秒激光在生物医学成像方面有大量的应用，例如在散射介质中光学成像以及获得高分辨率的深度信息，例如OCT。在共焦显微成像系统，基于双光子激发提高空间分辨率已经被演示。超短激光脉冲具有高峰值功率，低激光能量的特点使其在激光外科手术中具有重要作用，可以避免热效应导致的敏感组织的附带损伤。

植物根茎双光子显微成像

材料微加工：

高功率激光已经被用在很多工业领域，例如切割和打孔。对于连续激光和长脉冲激光，切割的尺寸限制和加工质量被激光焦点对周围物质的热扩散所限制。利用飞秒激光，可以使用低能量、高峰值功率的激光进行材料处理，能够产生新的物理机制，减少材料的热堆积，提高切割和打孔质量。

激光控制化学：

通过对飞秒激光的波前进行特殊设计来影响光致光学反应过程，利用时间分辨光谱观察化学反应过程，更进一步的发展是控制化学反应过程。由于化学反应过程在几十到几百飞秒时间内，所以飞秒激光脉冲是非常合适的工具