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。飛是國際單位制詞頭飛托的縮寫(xiě)，1飛秒=1×10-15 秒。所謂脈沖光是僅在一瞬間放光。照相機的閃光的發(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(wàn)千米每秒的速度飛馳而過(guò)，但是在1飛秒期間連光也只不過(guò)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)反應的過(guò)程，都有可能看到其反應的每個(gè)片斷。為此，可以使用飛秒激光器來(lái)研究化學(xué)反應之謎。

　　

　　現在飛秒激光器還應用于物理、化學(xué)、生命科學(xué)、醫學(xué)、工程等廣泛領(lǐng)域，特別是光與電子攜手，期待在通信或計算機、能源領(lǐng)域開(kāi)辟各種新的可能性。這是因為光的強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(lái)了巨大沖擊。因為脈沖光具有非常強的電場(chǎng)，在1飛秒內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”。

　　

　　原理及結構：

　　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)的原子是不穩定的，在沒(méi)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(guò)受激輻射來(lái)實(shí)現放大的光，而光和原子系統相互作用時(shí)，總是同時(shí)存在著(zhù)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度超過(guò)受激吸收強度，即使高能態(tài)的原子數多于低能態(tài)的原子數。這種不同于平衡態(tài)粒子分布的狀態(tài)稱(chēng)為粒子數反轉分布。也就是，飛秒激光器要產(chǎn)生激光，必須實(shí)現粒子數反轉分布。

　　

　　粒子數反轉分布是產(chǎn)生激光的一個(gè)必要條件，而要實(shí)現粒子數反轉分布和產(chǎn)生激光還必須滿(mǎn)足三個(gè)條件：

　　1、要有能形成粒子數反轉分布的物質(zhì)，即激活介質(zhì)；

　　2、要有必要的能量輸入系統給激活介質(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)現粒子數反轉，這一系統稱(chēng)作激勵能源；

　　3、要有光的正反饋系統——光學(xué)諧振腔，當一定頻率的光輻射通過(guò)粒子數反轉分布的激活介質(zhì)時(shí)，受激輻射的光子數多于受激吸收的光子數可使光輻射得到放大，要使這種光放大并且以一個(gè)副長(cháng)光子感應產(chǎn)生一個(gè)受激發(fā)射光子的單次過(guò)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)、激勵能源、光學(xué)諧振腔。