摘要：脉宽是描述激光器输出光脉冲时间特性的关键指标之一。脉冲激光器根据脉冲宽度的不同，可以分为多种类型，纳秒、皮秒和飞秒脉冲激光器是其中的典型代表。

脉宽是描述激光器输出光脉冲时间特性的关键指标之一。脉冲激光器根据脉冲宽度的不同，可以分为多种类型，纳秒、皮秒和飞秒脉冲激光器是其中的典型代表。

1. 时间尺度的差异

要理解纳秒、皮秒和飞秒激光的区别，首先需要明确它们的时间单位差异：

纳秒(ns)：1纳秒 = 10⁻⁹秒

皮秒(ps)：1皮秒 = 10⁻¹²秒

飞秒(fs)：1飞秒 = 10⁻¹⁵秒

为了更直观地感受这些时间尺度，可以参考以下类比：

光在1纳秒内可传播约30厘米(相当于成年人迈出的一小步距离)。

光在1皮秒内仅能传播0.3毫米(相当于3~5根头发丝的宽度)。

光在1飞秒内仅能传播0.3微米(大多数球菌的直径为0.20~1.25µm)。

2. 纳秒、皮秒和飞秒激光的特点与原理

(1)纳秒激光

定义：纳秒激光器是指脉冲宽度在纳秒级别的激光器。

特点：

成本低，易于实现。

热效应明显，适合对热不敏感的材料加工。

脉冲能量较高，适合大范围切割、焊接等任务。

原理：纳秒激光通常通过调Q技术实现。调Q技术通过快速改变激光腔内的损耗，使激光能量在短时间内释放，形成强纳秒脉冲。

典型应用：

工业领域：金属切割、焊接、打标。

医疗领域：牙齿修复、皮肤治疗。

(2)皮秒激光

定义：皮秒激光器的脉宽为皮秒级别，即10⁻¹²秒。

特点：

热效应较低，适合精密加工。

能量高度集中，适用于多种材料。

支持更高的重复频率和灵活的脉冲能量调节。

原理：皮秒激光主要通过锁模技术实现。锁模技术通过控制激光腔内不同纵模之间的相位关系，产生皮秒级别的超短脉冲。

典型应用：

微加工：蓝宝石、玻璃等硬脆材料切割。

生物医学：生物组织切割、显微成像。

光学器件：光纤通信、传感器制造。

(3)飞秒激光

定义：飞秒激光器的脉宽在飞秒级别，即10⁻¹⁵秒。

特点：

几乎无热效应，适合对热极其敏感的材料。

极高的时间分辨率，适合超快过程的研究。

能量高度集中，适合超精密加工。

原理：飞秒激光通过锁模技术和啁啾脉冲放大(CPA)技术实现。CPA技术解决了飞秒激光直接放大会损伤光学器件的问题，显著提高了脉冲峰值功率。

典型应用：

医疗领域：眼科手术(如全飞秒SMILE近视矫正)。

科研领域：超快光谱学、量子计算。

微纳米制造：微流控芯片、光学透镜阵列。

来源：东方闪光