飛秒激光器是僅以千兆分之一秒左右的超短時間放光的“超短脈沖光”發(fā)生裝置。飛是國際單位制詞頭飛托的縮寫，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了0.3微米。

　　

　　通常，我們用閃光攝影能夠剪下活動物體的瞬間狀態(tài)。同樣如果用飛秒激光器閃光，則連以劇烈速度進行化學(xué)反應(yīng)的過程，都有可能看到其反應(yīng)的每個片斷。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，期待在通信或計算機、能源領(lǐng)域開辟各種新的可能性。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。因為脈沖光具有非常強的電場，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)原子會自發(fā)輻射而產(chǎn)生光子。而在有外界作用下，則會增加兩種新的形式：受激輻射和受激吸收。激光是通過受激輻射來實現(xiàn)放大的光，而光和原子系統(tǒng)相互作用時，總是同時存在著自發(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度超過受激吸收強度，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)生激光的一個必要條件，而要實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布和產(chǎn)生激光還必須滿足三個條件：

　　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)以實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，這一系統(tǒng)稱作激勵能源；

　　3、要有光的正反饋系統(tǒng)——光學(xué)諧振腔，當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，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副長光子感應(yīng)產(chǎn)生一個受激發(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)、激勵能源、光學(xué)諧振腔。