1960年，第一臺激光器--紅寶石激光器問世為超快過程的研究打開了門戶。1961年，調(diào)Q技術(shù)在紅寶石激光器上首次實(shí)現(xiàn)了脈沖寬度為幾十納秒的短激光脈沖輸出，激光脈沖的脈寬甚至被縮短到10納秒，調(diào)Q技術(shù)所能得到的脈沖寬度只能達(dá)到納秒級，這是由于受到激光器腔長的限制(2L／c，L為激光器諧振腔長度，C是光速。1964年發(fā)展的相位鎖定技術(shù)，將激光器各自獨(dú)立振蕩的多縱模型形成時(shí)間有序，鎖模技術(shù)首次在氦氖激光器上實(shí)現(xiàn)主動(dòng)鎖模的納秒級激光脈沖輸出。兩年后，在銣玻璃激光器上首次實(shí)現(xiàn)皮秒級的激光脈沖輸出。20世紀(jì)60年代中期，紅寶石激光鎖模和釹玻璃激光鎖模的發(fā)展，開始了皮秒時(shí)域的皮秒現(xiàn)象研究。1976年在寬帶可調(diào)染料激光介質(zhì)體系運(yùn)用可飽和染料吸收體首次實(shí)現(xiàn)了亞皮秒的超短激光脈沖輸出。

20世紀(jì)80年代，超快光譜學(xué)發(fā)生了革命性的變化。對撞脈沖鎖模(CPM)的概念引入了染料激光器，皮秒激光脈沖被壓縮到了飛秒(fs)時(shí)域，產(chǎn)生了100 fs的脈沖。緊接著出現(xiàn)30 fs的脈沖。這是由一個(gè)環(huán)形激光器與染料放大器鏈相耦合，工作在620 nm波長獲得的。克爾(Kerr)門技術(shù)的出現(xiàn)促進(jìn)了超快光譜學(xué)包括超快熒光光譜學(xué)的發(fā)展。啁啾脈沖壓縮技術(shù)的運(yùn)用又將脈沖寬度壓縮到20 fs乃 至6 fs。特別值得指出，超快過程的發(fā)展中鈦寶石激光器擔(dān)負(fù)著十分重要的角色，鈦寶石材料是超短脈沖振蕩器和放大器的重要增益介質(zhì)，它能夠在800 nm輸出脈寬4～5 fs的超快脈沖。在近紅外頻區(qū)能實(shí)現(xiàn)20亞飛秒輸出的材料則有Cr4+：YAG，Cr3+：LiSAF，Cr4+：鎂橄欖石(M92Si04)。讓我們比較和估算一下飛秒激光器的能量密度：一束大約20 fs脈寬的飛秒激光產(chǎn)生1J的能量，這種激光聚焦的峰值能流達(dá)到1020W／cm2。

從紅寶石激光器出現(xiàn)，借助重要的脈沖調(diào)Q，鎖模和壓縮技術(shù)，超快過程經(jīng)歷并實(shí)現(xiàn)了納秒(1ns=10-9s)、皮秒(1ps=10-12s )、飛秒(1fs=10-15s)和阿秒(1as=10-18s)的發(fā)展過程。當(dāng)采用太瓦(1012w)的激光激發(fā)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)了亞阿秒(10-19s)的超短脈沖輸出。理論上已經(jīng)證明，如果用拍瓦(1015w)的激光激發(fā)時(shí)，能夠產(chǎn)生仄秒(zeptosecond，10-21s)和亞仄秒(subzeptosecond，10-22s)的激光脈沖。

飛秒激光是一種以脈沖形式運(yùn)轉(zhuǎn)的激光，持續(xù)時(shí)間非常短，只有幾個(gè)飛秒，一飛秒就是10的負(fù)15次方秒，也就是1／1000萬億秒，它比利用電子學(xué)方法所獲得的最短脈沖要短幾千倍，是人類目前在實(shí)驗(yàn)條件下所能獲得的最短脈沖。這是飛秒激光的第一個(gè)特點(diǎn)。飛秒激光的第二個(gè)特點(diǎn)是具有非常高的瞬時(shí)功率，可達(dá)到百萬億瓦，比目前全世界發(fā)電總功率還要多出百倍。飛秒激光的第三個(gè)特點(diǎn)是，它能聚焦到比頭發(fā)的直徑還要小的空間區(qū)域，使電磁場的強(qiáng)度比原子核對其周圍電子的作用力還要高數(shù)倍。

飛秒激光的這些特性是如何實(shí)現(xiàn)的呢？高功率飛秒激光系統(tǒng)由四部分組成：振蕩器、展寬器、放大器和壓縮器。在振蕩器內(nèi)，利用一種特殊技術(shù)獲得飛秒激光脈沖。展寬器將這個(gè)飛秒種子脈沖按不同波長在時(shí)間上拉開。放大器使這一展寬的脈沖獲得充分能量。壓縮器把放大后的不同成分的光譜再會(huì)聚到一起，恢復(fù)到飛秒寬度，從而形成具有極高瞬時(shí)功率的飛秒激光脈沖。

飛秒激光在物理學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)控制反應(yīng)、光通訊等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。特別值得提出的是，由于飛秒激光具有快速和高分辨率特性，它在病變早期診斷、醫(yī)學(xué)成象和生物活體檢測、外科醫(yī)療及超小型衛(wèi)星的制造上都有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和不可替代的作用。