超快激光器应用范围不断扩大
超短脉冲激光器已经在一些需要极高精度的商业应用中发挥作用。IBM公司利用飞秒光器消除光刻掩模中大小仅为10nm的缺陷，以制作*先进的集成电路。在准分子激光原位角膜磨镶术（LASIK）中，IntraLase公司开发的飞秒激光系统，能够比传统刀片更为**地切割角膜皮瓣。这些都是飞秒激光应用的先驱。新一代飞秒激光的应用包括：在硅中写三维波导、加工微流装置，以及在活体细胞内无需在细胞膜上刺孔就可以进行手术。
作用于材料的超快效应
用强脉冲照射材料能够激发非线性吸收过程，从而改变材料的形态或键结构——引起局部膨胀、收缩，或改变材料内部的折射率，以及烧蚀材料表面。中佛罗里达大学（University ofCentral Florida）的DavidRichardson称：“我们确实是利用材料科学研究材料表面。”理解这些结构变化，将有望开辟新的应用领域。
对于表面烧蚀而言，超短脉冲吸引人的地方是其更高的精度。脉宽大于35ps的脉冲，会将熔化的材料喷溅到烧蚀区周围，并且将周围区域加热以至产生损伤。飞秒脉冲能够将更高的峰值功率会聚到更小的区域，产生波长不敏感的非线性效应，从而对材料进行烧蚀，并且几乎对周围的区域不会产生热损伤——这对掩模修复等高精度加工至关重要。
超短脉冲在打孔方面的应用也颇具吸引力，因为它可以实现高厚径比的小孔。去年五月的国际激光器和光电子学会议（CLEO）上，德国 FriedrichSchiller大学的研究小组报道了光纤放大激光器输出的800fs脉冲，能够在脉冲重复率接近1MHz的情况下，在几微秒的时间内在1mm厚的不锈钢上打孔。高重复率能够确保残余的脉冲能量不会在脉冲间隙耗散到靶区以外，从而减小打孔所需的脉冲数。
用超短脉冲在透明固体中制作三维结构具有广阔前景。通过高数值孔径透镜对光束聚焦，能够使表面处的光强低于损伤阈值，但材料内部焦点处会聚的光强足以使材料结构发生变化。
如果使用数值孔径为0.65的透镜将40～150nJ的脉冲聚焦，可以产生阈值*低的非线性效应，它会使材料的折射率变大。尽管研究人员对该过程的细节还并不完全清楚，但通常认为，非线性吸收会将焦点处在短时间内加热到熔点以上，此后玻璃迅速固化为具有更高折射率的致密态。玻璃的两种特别性质对该效应起到贡献——玻璃的密度随温度升高而增加，并且如果固体快速冷却的话，它将维持热液体所具有的更高密度。令一系列脉冲入射到材料并同时移动焦点，可以写高折射率波导。Schaffer表示，重复率越高效果越好，因为熔化以及冷却动力学行为，能够消除脉冲间的相对变化，从而获得损耗更低、更为平滑的波导。
在相同的聚焦条件下，150～500nJ更高功率的入射脉冲，将导致交替的玻璃层内折射率发生双折射变化，从而获得纳米尺度光栅。脉冲会在电磁场的一个分量上消耗一个玻璃薄层，并且消耗的玻璃会转移到相同分量的相邻位置，在该过程中产生平面纳米裂纹，排列方向取决于脉冲的偏振方向。加拿大国家研究委员会的研究人员通过实验表明：利用偏振方向不同的光，能够擦除并重写纳米裂纹。该技术在全息数据存储方面具有应用价值。
峰值功率更高的脉冲将使玻璃蒸发，导致材料从焦点处向外蒸发、并留下过密层包围的空缺。空缺大小可以小于波长，并且一系列脉冲能够在玻璃表面下产生诸如螺旋形等杂图案。该效应可用于加工内部衍射透镜或菲涅尔波带片，它可以对通过玻璃的光束聚焦。密歇根大学超快光学中心的AlanHunt称，该效应还能用于在玻璃内制造微流通道。微流通道的直径能够小到20nm，但更大的通道更容易观察。Hunt使用常规的光刻方法在玻璃表面刻蚀平面通道，但采用飞秒脉冲制造三维结构。在加工过程中，他将玻璃浸没在液体中，以消除激光烧蚀通道产生的碎片。
飞秒激光脉冲还可用于精密的外科手术，因为活体组织在较短距离内相对透明。目前该领域取得的*大成功是屈光手术中采用的准分子激光原位角膜磨镶术（LASIK）。相比于其他屈光性角膜切削术（PRK），LASIK的优点在于能够保留角膜的外层而不是将它烧蚀掉。但这需要首先用刀片切割角膜上皮，将其卷起后再用激光烧蚀角膜。这种切割过程带来的问题，是导致LASIK病人出现并发症的主要原因。
为了改进上皮切割，加州大学Irvine分校的TiborJuhasz将飞秒激光脉冲聚焦到角膜表面下所需的深度处。首先在角膜下切割，然后向上切割以打开上皮。他建立了IntraLase公司，以对该技术进行商用推广。该套激光系统造价昂贵，并且需要病人支付额外的费用，但Shaffer称这套系统物有所值。他说：“采用该疗法的并发症发病率如此之低，以至于按照统计确定度恒量几乎测不出来。”
飞秒激光外科手术在生物医学研究方面的应用尤为引人注目。Schaffer称：“在生物方面，你做的很多事就是将一些东西破坏，然后看看究竟会发生什么。”飞秒脉冲能够到达组织内部并将目标结构破坏，如单个神经细胞或亚细胞结构。
加州大学SanDiego分校的NozomiNishimura与DavidKleinfeld显示了飞秒脉冲能够损伤小血管，以模拟轻度中风。目前神经学家认为，轻度中风是造成老年痴呆症的主要原因。重度中风的后果非常可怕，因为它将损坏大片组织。然而轻度中风能以不同的方式影响较小的区域，因此受影响的细胞仍能获得氧，但不能获得葡萄糖。飞秒脉冲使研究人员获得了研究轻度中风*早的生物模型，这是人们在开发对症疗法方面迈出的至关重要的一步。
在更为基础性的研究中，飞秒脉冲还能破坏单个亚细胞结构。Hunt显示了破坏具有定制生命周期的细胞内某一细胞器官，能够延长细胞的寿命。他还用飞秒脉冲改变细胞分裂所涉及的力学结构，以研究这些结构起到的作用。
前景展望
诚然，飞秒脉冲在许多潜在应用中存在局限性。与改变材料的其他精密工具相似，飞秒脉冲的速度比不上一些其他技术。Hunt称光刻能够以更快的速度写二维结构，但超短脉冲在三维加工方面更具优势。但是目前光脉冲还不能到达不透明材料的深处。
然而，飞秒脉冲在某些应用中具有显著优点。这些应用涉及的范围极广，本文提到的只是很少的几个方面。据Richardson称，随着超快光纤激光器的迅速发展，其潜在的应用领域将受益颇多。相比于统治飞秒激光领域多年的掺钛蓝宝石激光器而言，光纤激光器体积小，造价低，更加耐用并且性能稳定。制作新型结构的能力必将开辟更多的应用机会。目前，Richardson正使用飞秒激光器加工光学波导，它可以将光耦合到在相同的集成装置上制造的微流通道中 ——这是飞秒脉冲的一种全新能力。