飛秒激光器是僅以千兆分之一秒左右的超短時(shí)間放光的“超短脈沖光”發(fā)生裝置。飛是國(guó)際單位制詞頭飛托的縮寫，1飛秒=1×10-15 秒。所謂脈沖光是僅在一瞬間放光。照相機(jī)的閃光的發(fā)光時(shí)間是1微秒左右，所以飛秒的超短脈沖光只有其10億分之一左右的時(shí)間放光。大家都知道，光速是以30萬千米每秒的速度飛馳而過，但是在1飛秒期間連光也只不過前進(jìn)了0.3微米。

　　

　　通常，我們用閃光攝影能夠剪下活動(dòng)物體的瞬間狀態(tài)。同樣如果用飛秒激光器閃光，則連以劇烈速度進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的過程，都有可能看到其反應(yīng)的每個(gè)片斷。為此，可以使用飛秒激光器來研究化學(xué)反應(yīng)之謎。

　　

　　現(xiàn)在飛秒激光器還應(yīng)用于物理、化學(xué)、生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)、工程等廣泛領(lǐng)域，特別是光與電子攜手，期待在通信或計(jì)算機(jī)、能源領(lǐng)域開辟各種新的可能性。這是因?yàn)楣獾膹?qiáng)度幾乎可以毫不損耗地從一地到另一地傳輸大量信息，使光通信進(jìn)一步高速化。在核物理學(xué)的領(lǐng)域，飛秒激光器帶來了巨大沖擊。因?yàn)槊}沖光具有非常強(qiáng)的電場(chǎng)，在1飛秒內(nèi)有可能將電子加速到接近光速，所以，能夠用于加速電子的“加速器”。

　　

　　原理及結(jié)構(gòu)：

　　激光是基于受激發(fā)射放大原理而產(chǎn)生的一種相干光輻射。處于激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，在沒有任何外界作用下，激發(fā)態(tài)原子會(huì)自發(fā)輻射而產(chǎn)生光子。而在有外界作用下，則會(huì)增加兩種新的形式：受激輻射和受激吸收。激光是通過受激輻射來實(shí)現(xiàn)放大的光，而光和原子系統(tǒng)相互作用時(shí)，總是同時(shí)存在著自發(fā)輻射、受激輻射、受激吸收。

　　飛秒激光器為了能產(chǎn)生激光，就必須使受激輻射強(qiáng)度超過受激吸收強(qiáng)度，即使高能態(tài)的原子數(shù)多于低能態(tài)的原子數(shù)。這種不同于平衡態(tài)粒子分布的狀態(tài)稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。也就是，飛秒激光器要產(chǎn)生激光，必須實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布。

　　

　　粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布是產(chǎn)生激光的一個(gè)必要條件，而要實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布和產(chǎn)生激光還必須滿足三個(gè)條件：

　　1、要有能形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的物質(zhì)，即激活介質(zhì)；

　　2、要有必要的能量輸入系統(tǒng)給激活介質(zhì)能量，使盡可能多的原子吸收能量后躍遷到高能態(tài)以實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，這一系統(tǒng)稱作激勵(lì)能源；

　　3、要有光的正反饋系統(tǒng)——光學(xué)諧振腔，當(dāng)一定頻率的光輻射通過粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的激活介質(zhì)時(shí)，受激輻射的光子數(shù)多于受激吸收的光子數(shù)可使光輻射得到放大，要使這種光放大并且以一個(gè)副長(zhǎng)光子感應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)受激發(fā)射光子的單次過程為主，還能形成高單色性高方向性高相干性和高亮度性的光放大，必須使用光學(xué)諧振腔。

　　因此，常用飛秒激光器由三部分組成：激活介質(zhì)、激勵(lì)能源、光學(xué)諧振腔。