飞秒是衡量时间长短的一种计量单位，一飞秒就是一千万分之一亿秒，即便是速度高达每秒传播三十万千米的光，在一飞秒内也只能传播300纳米，可见飞秒是一个极小的时间计量单位。而飞秒激光是一种仅有很短的持续时间，仅仅只有几个飞秒量级，以脉冲形式运转的激光，目前用电子学方法得到的所谓最短的脉冲也要比他的脉冲长几千倍，极短的脉冲是它的特点之一。飞秒激光存在的另一个很明显的特点是能够在极短的时间内达到几百百万瓦的功率。飞秒激光还有一个特点就是，它聚焦到的区域非常的小，区域仅有几十微米的直径，这样就使周围电磁场强度达到相当高的程度，比微观世界中原子核与其周围的分子的库仑力还要高好几倍。

由于飞秒激光有很窄宽度的脉冲，因此能得到非常高的峰值功率。在强度很高的飞秒激光的施加下，物质就会发生很稀奇的现象：各种状态的物质在一刹那间就会变成等离子体，它能以电磁波或粒子的形式向外扩散出任何一种波长的射线的激光。当电子束遭受到功率高的飞秒激光的碰撞，硬X射线的飞秒激光，β射线激光，正负电子对都会相继产生。

正是由于拥有这么好的特性，才使得飞秒激光这一技术在科学社会有着极其广大的应用范围和广阔的科学发展前景。这一技术在目前应用范围包括：军事应用，医学领域，化学领域，信息技术，工业应用等。

1.1  飞秒激光在加工中的优势

飞秒激光加工技术能够做到精密度非常高的加工且对材料几乎没有热影响区。

由于飞秒激光对材料加工时几乎没有热影响区，再加上飞秒激光脉冲具有的脉宽窄、功率高的两大特性，使得其烧蚀机理和其他脉冲比较长的激光加工时有很大的区别，甚至比其他长脉冲激光的加工还要好很多。

激光加工过程中包含了以下一些对材料的处理：激光切割、材料焊接、材料表面处理、打孔及细微加工等。在激光切割时，两侧处于板材发生明显的组织和性能变化的区域，称为激光热影响区。飞秒激光加工没有热影响区，相比较其他脉冲较长激光在加工材料时，烧蚀周围不存在大范围和突起相似的熔融区，反而呈现出光滑的内壁，和平整的平面，加工时的质量很好。图1.1自左到右分别为飞秒激光、皮秒激光、纳秒激光不同脉冲的激光对材料加工形成的表面图。很明显看出，飞秒激光加工的表面光滑，内壁光滑，周围熔融区小，整体质量相比其他两种好了很多。

飞秒、皮秒、纳秒激光对同种材料加工形成的表面图。

飞秒激光另一个优点是能够加工其它激光难以加工的各种材料。飞秒激光存在的两大特性,与物质相互作用时表现出强烈的非线性效应,它能加工其他一些脉冲较长的激光无法加工的透明材料，是因为它存在多光子吸收的机理。飞秒脉冲的作用时间非常的短,所产生的热效应也是很小的(小到几乎可以忽略不计),因而加工的精细度得到了很大的提高。并且在红外区波长附近的激光也能对大多数材料透明,排除了紫外激光存在着对所加工材料有不透明的不足之处。而对透明材料，它在作用时材料能深入内部实现立体微加工。

    第三，加工时拥有精确的阈值。由于在材料加工中，仅仅当能量强度达到材料的阈值时，才能够出现材料发生破坏现象。而在飞秒激光加工时，它与物质间的相互作用表现出很强的非线性效应。此外，由于飞秒激光的脉冲强度在空间是高斯分布。因此只有中间那一小段脉冲强度高于材料的破坏阈值，而周围其他边缘处的脉冲强度达不到这一阈值，不能对材料烧蚀[2]。这一特性使得飞秒激光作用材料时，烧蚀破坏的区域小于烧蚀所产生的光斑区域。图1.2为空间中飞秒激光脉冲强度的分布图形。