飞秒激光器的研制与发展概况
发布时间：2021-02-05 11:14
2020年是激光发明60周年，激光技术和应用的发展极大地改变了世界。飞秒激光器的构造为促进激光技术及应用的发展，中国工程院于2018年启动了“我国激光技术与应用2035发展战略研究”重点咨询项目，本文是项目研究综合报告。文章简要分析了飞秒激光器的研制与发展概况，分析了我国激光技术在前沿激光、制造加工、信息通信、医疗诊治等领域的科研和应用的发展现状，梳理了多个制约加速发展的问题，提出了我国激光技术及应用2035年发展目标设想及政策措施建议。
飞秒激光器的研制与发展概况
超快脉冲激光器通常脉冲长度小于1纳秒。飞秒激光器则更进一步，可以在30飞秒至800飞秒的周期内产生高品质的超快脉冲。在人类看来，这个时间究竟有多短呢？一种方法是比较激光器开启和关闭的时间。常规使用模型一般是100飞秒的激光脉冲，重复频率为100KHz。如果将100飞秒转化为1秒，相当于下一个脉冲要在3.5年后才发生！因而，这有效地将热量对材料产生影响的时间缩短到最低限度，并最大程度地延长了材料的热释放时间。从而使得飞秒激光器具有两大优势。
激光制造应用是激光产业应用的主要方向，包括去除与连接、表面工程、增材制造、修复与再制造和微纳制造等5类，产值规模占激光应用产业的30%以上。激光制造具有易于操作、非接触、高柔性、高效率、高质量和节能环保等突出优点，是切割、焊接、表面处理、高性能复杂构件制造和精密制造的主流手段，被誉为“万能加工工具”“未来制造系统共同的加工手段”，引领了先进制造业的发展，对工业智能化进程产生深远影响。
飞秒激光技术的持续创新发展与应用开拓，是当前国际上激光技术乃至现代科学技术中一个非常重要的前沿领域。飞秒激光的应用涉及很多科学技术的前沿，如超快乃至极端超快非线性光学前沿、量子相干操控原子与电子、强场与超强玚科学技术、相对论性非线性物理与光学、强场核物理与天体物理；同时，在相关战略高技术方面涉及的有突破飞秒（10-15s）级壁垒的阿秒（10-8s）科学新原理、小型化超高梯度粒子加速度新方案、激光核聚变“快点火”新途径超短波长超快台式相干辐射源新机制、飞秒频率梳新技术、太赫兹相干辐射产生新机理等。
党的“十九大”确定了2035年基本实现社会主义现代化和跻身创新型国家前列的战略目标，这为激光技术和应用带来了前所未有的发展机遇，也对激光技术与应用的发展提出了高标准的要求。我们必须充分认识激光技术与应用的作用和潜力，认清制约发展的困难与挑战，加强统筹谋划，以改革的大无畏精神和勇气突破各种制约，坚持自主创新和开放创新，坚持应用和产业为目标牵引，强化激光技术攻关，完善激光产业创新生态，积极抢占国际竞争制高点，为中华民族伟大复兴中国梦的实现贡献力量。
近年来，随着固体飞秒激光器的发展，飞秒光纤激光器已经成为其强有力的竞争对手。它的最大优点是小型化、高效率、省能源、稳定性好。具有这些优点的最大原因是稀土掺杂的光纤作为激光器增益介质。首先，光纤介质细长、易于散热，相同体积下，表面积比固体激光介质增大2至3个数量级；另外，光纤激光器的激光横模由光纤纤芯直径与数值孔径决定，不会因热变形而变化，因此易于保持单横模运转光纤的双包层结构，有利于提高转换效率和输出功率。
本文回顾了飞秒激光器的研制与发展概况，并概述了飞秒激光器的构造，以及飞秒光纤激光器的优点，然后简要说明了实现飞秒光纤激光器的技术途径，并着重介绍了国内外飞秒光纤激光器生产商的代表产品。
目前，国内外各大飞秒光纤激光器生产商，仍然在不断积极探索利用半导体激光器、光纤激光器、新型非线性光学材料、分子聚合物等把飞秒激光器做得小型化、高效率化、集成化和通用化的技术途径。这也是飞秒光纤激光器未来实用化的发展方向。
随着飞秒激光器的进一步发展和完善，一定能开辟出更多的应用前景。
