在所有激光器中用途最廣的當屬飛秒激光器但其應用大部分被限制在學術機構中的物理和化學部門是什么使得此項技術受到如此關注卻沒有普及呢?

在諸如超快泵浦探測光譜或時域太赫茲光譜等應用中需要極短脈沖因而要求使用飛秒脈沖應用于多光子過程中的原因同樣明顯因為能量密度分布在越窄的脈沖寬度中則峰值功率越高也許是由于我們對于基于各種非線性頻率轉換機制的波長可調諧性所知甚少參量放大器實際上可以在可見光和紅外波段內的任何波長處產生激光輻射具有如此寬范圍的可調諧激光器當然不僅僅適用于物理和化學領域它對于生命科學和工業應用來說同樣意義非凡

然而因為實際條件的限制特別是考慮到效果和成本因素飛秒技術并沒有被廣泛使用一般來說超快技術是在專業光學實驗室工作的專家級激光用戶的專用技術其維護費通常很高超過了初期投資生命科學和工業應用要求激光器具有高性價比和通用性不受安裝位置等條件的限制（圖1）事實證明固態激光器很難實現這些要求但是光纖激光器的發展使其已經能夠提供一種具有競爭力的備選方案在這一技術的發展過程中基于非線性光纖和周期性極化晶體的新型頻率轉換技術扮演了重要的角色

得益于電信技術

光纖激光器這幾年的快速發展在很大程度上得益于利用了許多最初為電信業開發的高性能元器件這些元器件工作波長為1.55祄這一波長在石英中傳輸損耗最小而且這些器件在可靠性和成本方面已經得到優化通過適當的配置在不損失其優勢的前提下可以利用這些元器件構造一個飛秒激光器

典型的飛秒激光器包含一個重復頻率為80到110MHz的無源鎖模共振腔和一個功率放大器激光器的增益介質是摻鉺單模光纖其增益帶寬達幾十納米因而可以支持超快脈沖非線性過程保證所有的縱波以同相位傳輸（鎖模）從而產生短脈沖由于光纖引導光束傳播方向所以對準情況很穩定而且脈沖能夠自啟動在波長為1.55祄處結合使用正常和反常色散光纖可以補償共振腔的色散工作在更短波長的飛秒激光器則需要用體光學元件進行色散補償因此穩定性會差一些

利用光纖耦合二極管激光器泵浦摻鉺光纖在電信應用當中二極管激光器可以連續工作許多年即使在一些非常規失效情況下二極管激光器的更換也比固態飛秒激光器使用的泵浦激光器的維護要容易很多典型的鎖模光纖共振腔可以產生幾毫瓦的輸出光功率該功率經過光纖放大器后被放大到幾百毫瓦可以使脈沖寬度小于100fs

應用于太赫茲領域的工業級激光器

太赫茲（THz）光譜和成像技術是一項剛剛萌芽的技術太赫茲輻射位于紅外和微波波段之間可以利用多種方法產生和檢測例如在非線性晶體中產生多種頻率表面光學校正光導開關這些方法極大地拓寬了飛秒光脈沖的帶寬從而產生了可透過有機材料的輻射不過在太赫茲頻段大分子仍然擁有一些特有的吸收光譜因而可以利用它們的太赫茲指紋來監控和分析不透明包裝或衣物內的一些物體或貨物因此太赫茲成像和光譜技術在質量監控和安全方面具有重要意義很明顯這類應用要求最終的產品除了具有可靠性和易用性外價格也要合理

在過去十年內因為鈦藍寶石光源統治著飛秒激光器市場所以幾乎所有的太赫茲設備都被優化工作在800nm波長附近通過利用周期性極化鈮酸鋰晶體（PPLN）來倍頻摻鉺光纖激光器的輸出很容易得到這一波段這些高效晶體可以產生大約100mw的輸出功率其波長為775nm脈沖寬度接近 100fs為了尋找具有高可靠性和高性價比的系統人們將重心轉向1.55祄波長的發射器和探測器并有望取得初步成果

用于顯微技術的通用激光器

任何形式的現代顯微鏡都依賴于激光器無論是脈沖激光器還是連續波長激光器短而強的飛秒脈沖激光推動了時間分辨和多光子激發的研究盡管最值得關注的屬性是基于非線性頻率轉換的可調諧性但迄今為止共焦顯微鏡仍依賴于二極管激光器和氣體激光器因為他們體積小成本低且容易操作但是因為這些激光器波長固定所以顯微鏡常常需要配備多個激光器即使如此用戶仍需要經常尋找一些適合特定波長的的熒光標記利用可調諧激光器用戶可以首先從科學的角度選擇一個標記波長然后再相應調整激光器的輸出波長

可以將飛秒光纖激光器在可見光波段轉變成易于操作的可調諧激光器來滿足這一要求特種光纖內部的非線性過程可產生在1050到1400nm波段連續可調諧的激光束其平均輸出功率在20到30mW之間脈沖寬度小于30fs將這一光束倍頻到可見光波段可使其平均輸出功率為幾毫瓦光譜寬度為 1-2nm（圖2）在連續調諧情況下構造出一些具有不同輸出極性的特殊PPLN晶體窄帶特性確保人們可以很容易被從散射激發光中分辨出Stokes 頻移熒光信號整個可調諧激光器可以被封裝在一個小型激光頭內從而降低周圍環境對其的影響

由于可見激光束以脈沖形式存在所以可應用于新型顯微方法例如熒光壽命成像技術（FLIM）除了熒光強度外熒光的短暫時間衰減也被作為一個額外的信息源具備自動同步脈沖的雙色光纖激光器推動了相干反Stokes拉曼散射（CARS）顯微技術和泵浦－探測顯微技術的發展（圖3）最終利用 1.55祄和775nm的高能光束使多光子激發成為可能除了為共焦顯微鏡增加新的顏色外用戶也可以利用這些最新的技術開發一些新應用

用于度量領域的可靠激光器

近年來一多半的物理學諾貝爾獎被授予那些基于精確飛秒激光光譜的工作被動鎖模激光器發射一個規則的空間頻率梳記為fn = n × frep + uCEO其中uCEO是偏移頻率frep是激光器的重復頻率n取整數在微波頻段可以用電路對uCEO和frep進行控制和測量這樣就可以將這兩個參量引入當前的頻率標準如商用微波原子鐘GPS接收器或氫微波激射器就效果來講鎖模激光器的輸出在光域形成了一個絕對的頻率標準可以應用于高精度頻率測量領域

最近的測試表明利用鎖模光纖激光器進行頻率測定的不穩定性僅僅受到目前可用頻率標準的限制在1秒的積分時間后可以低于2×10-143與以前的技術相比光纖系統已經可以移動實現連續幾天或幾周的不間斷測量非線性頻率轉換技術使可用頻段從530nm擴展到2000nm據報道科學家們在鈣光頻標準波長（657nm）處進行了一次超過80小時的連續測量

光纖激光器對固態激光器

無論何時高峰值功率和短脈沖寬度都是不可或缺的鈦藍寶石激光器將仍舊是首選方案但是盡管在基礎研究領域成功使用了這些光源但在其他領域的嘗試都以失敗告終

另一方面光纖激光器具有性價比高可靠性好環境穩定性強等優勢盡管光纖激光器并不是飛秒激光器世界紀錄的保持者但是它們仍能滿足如前面所述的許多應用的要求連續可調諧和窄帶激光器的概念為共焦顯微技術提供了全新的發展機會使用單個激光光源用戶就可以在實驗中自由選擇最理想的熒光染料