飛秒激光

概述

       激光曾被視為神秘之光，并已被人類廣泛使用。近年來，科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)了一種更為奇特的光－－飛秒激光，飛秒激光是人類目前在實(shí)驗(yàn)室條件下所能獲得最短脈沖的技術(shù)手段。它在瞬間發(fā)出的巨大功率比全世界發(fā)電總功率還大?？茖W(xué)家預(yù)測飛秒激光將為下世紀(jì)新能源的產(chǎn)生發(fā)揮重要作用。激光的歷史還不到40年，是目前人類觀察發(fā)現(xiàn)微觀世界，揭示超快運(yùn)動過程的重要手段。而且眾多科學(xué)技術(shù)的研究因此獲得了突破性發(fā)展?！?nbsp;

       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?！?/p>

       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。

用途

        飛秒激光有什么用途呢？眾所周知，物質(zhì)是由分子和原子組成的，但是它們不是靜止的，都在快速地運(yùn)動著，這是微觀物質(zhì)的一個(gè)非常重要的基本屬性。飛秒激光的出現(xiàn)使人類第一次在原子和電子的層面上觀察到這一超快運(yùn)動過程?；谶@些科學(xué)上的發(fā)現(xiàn)，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。

       物質(zhì)在高強(qiáng)度飛秒激光的作用下會出現(xiàn)非常奇特的現(xiàn)象：氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)的物質(zhì)瞬息間變成了等離子體。這種等離子體可以輻射出各種波長的射線的激光。高功率飛秒激光與電子束碰撞能夠產(chǎn)生硬X射線飛秒激光，產(chǎn)生β射線激光，產(chǎn)生正負(fù)電子對。　

       高功率飛秒激光在醫(yī)學(xué)、超精細(xì)微加工、高密度信息儲存和記錄方面都有著很好的發(fā)展前景。高功率飛秒激光還可以將大氣擊穿，從而制造放電通道，實(shí)現(xiàn)人工引雷，避免飛機(jī)、火箭、發(fā)電廠因天然雷擊而造成的災(zāi)難性破壞。利用飛秒激光能夠非常有效地加速電子，使加速器的規(guī)模得到上千倍的壓縮。高功率飛秒激光與物質(zhì)相互作用，能夠產(chǎn)生足夠數(shù)量的中子，實(shí)現(xiàn)激光受控核聚變的快速點(diǎn)火。從而為人類實(shí)現(xiàn)新一代能源開辟一條嶄新的途徑。

       目前在國內(nèi)已有幾家醫(yī)院引入這種設(shè)備與技術(shù)，愛爾眼科醫(yī)院集團(tuán)旗下就有6家子醫(yī)院可以做飛秒激光治療近視的手術(shù)，值得信賴的。

       飛秒激光是一種特殊類型的激光，其脈沖持續(xù)時(shí)間非常短，達(dá)到了飛秒級別（1飛秒=千萬億分之一秒）。由于其獨(dú)特的特性，飛秒激光在多個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。以下是飛秒激光的主要用途：

1. 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

       眼科手術(shù)：飛秒激光在眼科手術(shù)，特別是近視矯正手術(shù)中得到了廣泛應(yīng)用。它可以精確切割角膜組織，改變角膜曲率，從而達(dá)到矯正視力的目的。全飛秒激光手術(shù)和半飛秒激光手術(shù)是目前主流的近視矯正手術(shù)方式，具有手術(shù)切口小、恢復(fù)快、安全性高等優(yōu)點(diǎn)。

2. 微型器件制造與納米材料加工

       精密加工：飛秒激光因其高瞬時(shí)功率和極短的脈沖持續(xù)時(shí)間，能夠精確聚焦到小尺寸的材料上，進(jìn)行精細(xì)的切割或加工。這使得它在微型器件制造和納米材料加工方面有著巨大的潛力。

3. 科學(xué)研究

       物質(zhì)動態(tài)過程研究：科學(xué)家們利用飛秒激光脈沖時(shí)間短、瞬時(shí)功率大等特點(diǎn)，研究物質(zhì)在飛秒時(shí)間尺度上的動態(tài)過程。這相當(dāng)于給照相機(jī)安裝了一個(gè)超快的“拍照快門”，能夠捕捉分子、材料的變化過程，為科學(xué)研究提供重要數(shù)據(jù)。

4. 新能源領(lǐng)域

       未來能源開發(fā)：飛秒激光在瞬間發(fā)出的巨大功率比全世界發(fā)電總功率還要大，科學(xué)家預(yù)測飛秒激光將為下世紀(jì)新能源的產(chǎn)生發(fā)揮重要作用。盡管目前這一應(yīng)用仍處于研究階段，但飛秒激光在新能源領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。

5. 其他領(lǐng)域

       三維打印與制造：飛秒激光技術(shù)還被應(yīng)用于三維打印與制造領(lǐng)域，特別是在微納米尺度上的三維結(jié)構(gòu)構(gòu)建方面。例如，利用飛秒激光動態(tài)全息加工方法可以高效構(gòu)建三維毛細(xì)血管支架等復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

       綜上所述，飛秒激光因其獨(dú)特的特性在醫(yī)學(xué)、制造、科研和新能源等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。隨著科技的進(jìn)步和研究的深入，飛秒激光的應(yīng)用前景將更加廣闊。

特點(diǎn)

       1、飛秒激光是我們?nèi)祟惸壳霸趯?shí)驗(yàn)條件下能夠獲得的最短脈沖，它的精確度是± 5 微米;
 

       2、飛秒激光有非常高的瞬間功率，它的瞬間功率可達(dá)百萬億瓦，比目前全世界的發(fā)電總功率還要多出上百倍;

       3、物質(zhì)在飛秒激光的作用下會產(chǎn)生非常奇特的現(xiàn)象，氣態(tài)的物質(zhì)、液態(tài)的物質(zhì)、固態(tài)的物質(zhì)瞬間都會變成等離子體;

       4、飛秒激光具有精確的靶向聚焦定位特點(diǎn)，能夠聚焦到比頭發(fā)的直徑還要小的多的超細(xì)微空間區(qū)域;

       5、用飛秒激光進(jìn)行手術(shù)，沒有熱效應(yīng)和沖擊波，在整個(gè)光程中都不會有組織損傷。

加工材料的優(yōu)勢

       與傳統(tǒng)連續(xù)激光以及長脈寬（納秒，皮秒激光相比，飛秒激光加工材料具有如下特點(diǎn)：

       峰值功率高，容易引起材料的解離。以光譜公司生產(chǎn)的具有再生放大系統(tǒng)的鈦寶石飛秒激光器為例，其脈寬為，重復(fù)頻率為單脈沖能量為，其激光脈沖峰值可達(dá)的量級。采用多級啁啾脈沖放大技術(shù)獲得的飛秒激光脈沖峰值功率已經(jīng)達(dá)到了量級。較強(qiáng)的飛秒激光與材料相互作用時(shí)，材料能夠在數(shù)百飛秒的時(shí)間內(nèi)發(fā)生解離。

       熱效應(yīng)小，加工精度高，在材料精密加工方面有獨(dú)特的優(yōu)勢。激光與物質(zhì)相互作用時(shí)，熱效應(yīng)的大小與激光的脈寬之間關(guān)系極為密切。一般來說，激光作用到材料上，能量首先被激發(fā)的電子吸收，再通過電子晶格散射的作用將能量傳遞給晶格，通常這個(gè)過程的時(shí)間尺度在幾十個(gè)皮秒，之后熱量在晶格之間傳遞，使得周圍晶格溫度升高，引起材料的相變焰化和氣化。對于納秒激光來說，由于其脈沖寬度遠(yuǎn)大于電子晶格散射的時(shí)間，在脈沖作用的過程中，能量有足夠的時(shí)間由電子傳遞給晶格，并在晶格之間擴(kuò)散，使得晶格溫度逐漸升高發(fā)生溶化和氣化。與之所不同的是，飛秒激光器產(chǎn)生的脈沖，其脈寬在甚至更短，此時(shí)脈沖的作用時(shí)間遠(yuǎn)小于電子晶格散射的時(shí)間，激光脈沖作用完成時(shí)能量來不及傳遞給晶格，此時(shí)的晶格是“冷”的。飛秒激光引起的材料解離發(fā)生在幾個(gè)皮秒的時(shí)間內(nèi)，引起的材料解離過程比較復(fù)雜，針對不同的材料解離機(jī)制主要有庫倫爆炸和相爆炸兩種。而皮秒脈沖激光與材料相互作用時(shí)，產(chǎn)生的熱效應(yīng)影響介于納秒激光和飛秒激光之間。

       應(yīng)用范圍廣?，F(xiàn)代研究己經(jīng)將飛秒激光加工應(yīng)用于眾多固體材料，范圍涵蓋金屬，半導(dǎo)體，電介質(zhì)以及聚合物等等。而且，飛秒激光器的發(fā)展也頗為迅速，波段覆蓋射線到近紅外，脈寬從數(shù)個(gè)飛秒到數(shù)百飛秒，能夠滿足各種材料的加工需求。特別是最近幾年，飛秒激光器趨于小型化、集成化，輸出的激光功率更加穩(wěn)定可靠，這使得飛秒激光器成功地從實(shí)驗(yàn)室走向了工廠。

醫(yī)療應(yīng)用

       ——飛秒激光治療近視的優(yōu)點(diǎn)

       優(yōu)勢一：大幅降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn) 在傳統(tǒng)板層刀手術(shù)中，如果刀片旋轉(zhuǎn)過程中發(fā)生負(fù)壓環(huán)松脫等意外，角膜瓣的制作將徹底失敗，手術(shù)只能等三個(gè)月以后再做，給患者和醫(yī)生帶來極大的心理壓力。而“飛秒激光”手術(shù)如出現(xiàn)類似意外的情況，醫(yī)生只需將負(fù)壓環(huán)再次戴上，立即補(bǔ)充激光即可，不需中斷手術(shù)。因?yàn)轱w秒激光在制作角膜瓣時(shí)，只產(chǎn)生一些水和氣泡推開角膜組織，對組織無損傷，可對同一患處進(jìn)行多次手術(shù)，安全性大大提高。

       優(yōu)勢二：嵌入式角膜瓣，復(fù)位更準(zhǔn)確 板層刀是水平切削的，而眼球表面是一個(gè)球體，所以制作的角膜瓣剖面呈“杯蓋”型，與眼球基體的固著性不夠好；而飛秒激光制作的角膜瓣與眼球基體呈“地下井蓋”型嵌入式咬合，復(fù)位輕松咬合緊密，不會錯(cuò)位，更不會出現(xiàn)碎瓣、紐扣瓣等并發(fā)癥。同時(shí)，它的激光光源也避免了因使用板層刀可能導(dǎo)致的金屬碎屑?xì)埩簟?/p>

       優(yōu)勢三：避免醫(yī)源性感染 許多小型激光眼科機(jī)構(gòu)在實(shí)施LASIK手術(shù)時(shí)，為降低手術(shù)成本，并未嚴(yán)格實(shí)施“一人一刀片”的原則，將一次性手術(shù)刀片反復(fù)使用，大大增加了交叉感染等醫(yī)療隱患，“飛秒激光”使人類第一次在角膜手術(shù)上離開了板層刀，手術(shù)過程中發(fā)生交叉感染的情況就成為了歷史。  

       優(yōu)勢四：術(shù)后視覺質(zhì)量更完美 “飛秒激光”可以精確地打開眼部組織分子鏈，制作出更均勻更完美的角膜瓣，有效避免了板層刀制瓣可能出現(xiàn)的醫(yī)源性像差等，避免了霧天、下雨天以及夜晚開車等視物條件下出現(xiàn)的眩光、模糊等情況，讓近視者獲得趨于完美的視覺質(zhì)量。

        優(yōu)勢五：“全激光”手術(shù)，精確度提高百倍 “飛秒激光”能把角膜瓣制作的精確度控制在10－15微米以內(nèi)，其精確度是板層刀的100多倍，這是板層刀望塵莫及的，對任何患者來說都是更安全的。

       優(yōu)勢六：不受角膜曲率影響，矯治范圍更廣泛 過去受角膜厚度影響，有近10%的患者因近視太深、角膜太薄，基本無法接受傳統(tǒng)的LASIK等激光手術(shù)。而飛秒激光手術(shù)不受角膜曲率的影響，對角膜偏薄、角膜曲率變異大的近視患者來說是一大福音

       飛秒激光治近視術(shù)前仔細(xì)查

       “手術(shù)10分鐘，檢查卻要3、4小時(shí)，是否本末倒置？”很多準(zhǔn)備近視激光手術(shù)的患者很驚訝術(shù)前檢查的繁瑣，其實(shí)不然。一項(xiàng)完美的近視手術(shù)，標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、系統(tǒng)的術(shù)前檢查是非常重要的，不僅可以幫助醫(yī)生設(shè)計(jì)最適合個(gè)人的手術(shù)方案，為良好的術(shù)后效果奠定了基礎(chǔ)，而且還能夠發(fā)現(xiàn)您是否真正適合進(jìn)行激光矯正手術(shù)，預(yù)計(jì)術(shù)后療效，以避免不必要的遺憾。規(guī)范的術(shù)前檢查包括視力、驗(yàn)光、眼前段檢查、眼底檢查、眼壓、角膜形態(tài)、瞳孔直徑、角膜厚度、眼軸等，其中驗(yàn)光、角膜形態(tài)、角膜厚度、瞳孔直徑對手術(shù)方案的設(shè)計(jì)起決定性作用。

       1.視力：包括遠(yuǎn)、近裸眼視力和最佳矯正視力。

       2.驗(yàn)光：一般眼鏡店的驗(yàn)光通常采用的就是電腦驗(yàn)光加插片的方法，其實(shí)這得出的結(jié)果很粗糙的。所以必須進(jìn)行醫(yī)學(xué)驗(yàn)光，獲得最佳的屈光度數(shù)，達(dá)到視力最佳且注視持久而舒適的境界。

       3.角膜形態(tài)檢查：準(zhǔn)分子激光治療近視是應(yīng)用準(zhǔn)分子激光切削角膜前表面，改變角膜的屈光力，而達(dá)到矯正的效果，因此，角膜形態(tài)的測定可篩選術(shù)前病人、選擇手術(shù)方式、確保手術(shù)療效。

       4.角膜厚度的測量：角膜厚度對于手術(shù)的選擇及切削量大小的設(shè)計(jì)等均有決定性的作用。

       5.瞳孔直徑的測定：瞳孔直徑較大者術(shù)后易出現(xiàn)眩光和夜間開車?yán)щy，給患者的生活帶來了不必要的麻煩。做此測定能盡量避免此類并發(fā)癥的出現(xiàn)。

       6.眼前段健康檢查：可排除結(jié)膜炎、角膜炎等疾病。

       7.眼底檢查：術(shù)前必須散瞳查眼底，全面了解眼底情況，排除其他眼底疾病，便于患者理解手術(shù)和近視本身的并發(fā)性改變，還可發(fā)現(xiàn)潛在的危險(xiǎn)，指導(dǎo)預(yù)防性治療。

       8.眼壓檢查：以排除高眼壓和青光眼的可能性。9.眼軸測定：協(xié)助確定近視類別，監(jiān)測眼軸有無增長。10.對于30歲以上平時(shí)看近不戴眼鏡或40歲以上的老花患者，還應(yīng)測量其眼睛的調(diào)節(jié)功能，以便術(shù)后能舒服地使用雙眼進(jìn)行日常工作與生活。

       9 ORBSCAN Ⅱ：國際上最先進(jìn)的LASIK術(shù)前檢查系統(tǒng)之一，它采用的是裂隙燈掃描技術(shù)與先進(jìn)的Placido盤相結(jié)合，可以使醫(yī)生得到屈光手術(shù)所需的最全面、最精確的數(shù)據(jù)，可以診斷每一個(gè)病人的具體問題，尤其適用于對LASIK手術(shù)禁忌癥，如圓錐角膜、早期圓錐角膜、超薄角膜等的篩查。有了OrbscanⅡ的全方位檢查數(shù)據(jù)，可以讓LASIK手術(shù)術(shù)前篩查更加萬無一失；術(shù)前手術(shù)方案制定也更為“個(gè)性化”，手術(shù)效果更為理想。

應(yīng)用于醫(yī)療的原理

       “飛秒激光”用于眼科近視手術(shù)的原理：

       1、飛秒激光有著相當(dāng)?shù)木_定向性和定位性;

       “飛秒激光”手術(shù)的原理有兩個(gè)，一個(gè)是光傳輸原理，一個(gè)是光爆破原理。

       首先，我們來看它的的光傳輸原理：手術(shù)前，醫(yī)生將患者的基本信息和手術(shù)數(shù)據(jù)輸入電腦。手術(shù)中醫(yī)生操作“飛秒激光”機(jī)，用壓平錐鏡將角膜壓平，保持激光頭到角膜組織中激光聚焦點(diǎn)的精確距離。飛秒激光機(jī)按照醫(yī)生設(shè)定的模式傳輸激光脈沖,在眼角膜上進(jìn)行各種靶向切削。

       2、飛秒激光刀制作角膜瓣更平整更精確;

       飛秒激光的光爆破原理：激光脈沖聚焦到角膜組織中，產(chǎn)生光爆破;每一個(gè)脈沖的光爆破，產(chǎn)生一個(gè)微離子;每一個(gè)微離子，蒸發(fā)大約1微米的眼角膜組織;蒸發(fā)眼角膜組織產(chǎn)生擴(kuò)展的水泡和CO2氣泡，水泡和氣泡被眼角膜組織吸收，眼角膜組織因此被分離。值得注意的是，早期美國intralase飛秒激光產(chǎn)生的氣泡很難被吸收，因此手術(shù)人員需要等待大概15—20分鐘后才能進(jìn)行準(zhǔn)分子激光切削；最近幾年被廣泛應(yīng)用的瑞士達(dá)芬奇飛秒激光這種情況就要好的多，氣泡的吸收較快，手術(shù)中不用等待，危險(xiǎn)系數(shù)相對更小。

       電腦控制的光學(xué)傳輸系統(tǒng)產(chǎn)生成千上萬的飛秒激光脈沖, 這些脈沖按照密集的等寬度等間距的籬笆墻式的光柵模式，在同一深度聚焦產(chǎn)生光爆破，在眼角膜組織中形成一層微小直徑的氣泡，使眼角膜組織分離，形成飛秒激光的切削面。LASIK(激光近視)手術(shù)中制作眼角膜瓣就是運(yùn)用的這種切削模式形成水平的分離面和垂直面。

       飛秒激光脈沖還可以在角膜組織中進(jìn)行任何角度和任何范圍的堆砌聚焦，形成角度不同，范圍不同的組織分離，所以，飛秒激光可以在角膜移植手術(shù)和lasik手術(shù)中對眼角膜進(jìn)行片狀切削，制作精美的植片和角膜瓣。

發(fā)展歷史

       飛秒激光技術(shù)隨著科技的進(jìn)步，不斷的發(fā)展，其脈寬越來越短，脈沖的峰值功率越來越大。

       自1960年第一臺紅寶石激光器問世以來，縮短激光脈沖便成為激光器設(shè)計(jì)和制作的重要發(fā)展方向。為了縮短激光脈沖，在20世紀(jì)60年代末到70年代初提出激光鎖模技術(shù)，飛秒激光的產(chǎn)生便來源于該技術(shù)。

       1974 年，E.P.Ippen 等人發(fā)明了腔外光柵對壓縮技術(shù)，通過染料激光器第一次獲得了飛秒激光脈沖。

       1981 年，R.L.Fork 等人通過碰撞脈沖鎖模技術(shù)，通過染料激光器獲得了 90fs的激光脈沖。

       但是，染料激光器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要染料循環(huán)系統(tǒng)，且其增益帶寬狹窄，只能在實(shí)驗(yàn)室的條件下研究，不能廣泛應(yīng)用，所以在固體激光器特別是鈦寶石晶體激光器出現(xiàn)后，迅速的淘汰了。

       1983年，D. E. Spence 等人發(fā)明了自鎖模技術(shù)，也稱克爾透鏡鎖模，這種技術(shù)的特點(diǎn)是不需要附加脈沖鎖模。

       1981年美國爾實(shí)驗(yàn)室的人首次利用碰撞鎖模技術(shù)（在環(huán)形染料激光器中得到了脈寬僅的超短激光脈沖。1985年該實(shí)驗(yàn)室的人在激光腔內(nèi)引入可補(bǔ)償腔內(nèi)群速彌散的四棱鏡結(jié)構(gòu)，得到的超短激光脈沖，大大推動了超短脈沖技術(shù)的發(fā)展。 

       1985年，Strickland 和 Mourou 提出了啁啾脈沖放大理論，為飛秒激光器的發(fā)展奠定理論基礎(chǔ)。

       1989年，P. N. Kea 等人發(fā)明了耦合腔鎖模技術(shù)，也稱為附加脈沖鎖模，并獲得了數(shù)百飛秒的激光脈沖。

       1991年，D. E. Spence 等人又利用自鎖模技術(shù)，以摻鈦藍(lán)寶石為增益介質(zhì)，獲得了60飛秒的激光脈沖，這被看成是人類歷史上第一束真正意義上的飛秒激光脈沖。同年，A.Sullivan 等人獲得了100fs，峰值功率為3TW 的激光脈沖。以鈦寶石晶體作為增益介質(zhì)的激光器，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、工作壽命長，而且其峰值功率高，能夠調(diào)諧的范圍大，能夠廣泛應(yīng)用。所以迅速取代了染料激光器的地位，迅猛的發(fā)展起來。

       1993年，M.T.Aaki 等人用摻鈦藍(lán)寶石激光自鎖模技術(shù)，得到了11fs 的激光脈沖，同樣美國華盛頓州立大學(xué)和奧地利維也納大學(xué)獲得了10fs 的激光脈沖。

       1996年，C.P.J.Barry 等采用再生放大脈沖整形和高階色散補(bǔ)償技術(shù)，獲得了脈寬 18 fs，4.4TW 的峰值功率脈沖輸出。

       1997年，U.Keller 等人利用啁啾技術(shù)與棱鏡結(jié)合的方式獲得了6.5fs 的激光脈沖。同年，Stuart 等利用釹玻璃放大器，獲得了395fs，峰值功率125TW 的激光脈沖。1999年，Perry 等改進(jìn)了釹玻璃放大器，獲得了440fs，峰值超過1.5PW 的激光脈沖。 

       2004年，日本北海道大學(xué)研究小組利用光纖對啁啾放大系統(tǒng)輸出的脈沖光譜進(jìn)行展寬后再進(jìn)行壓縮，獲得了脈寬為2.8fs 的飛秒激光脈沖。同年，國內(nèi)中科院上海光機(jī)所用自己的生產(chǎn)的鈦寶石晶體，成功獲得了36fs，峰值功率120TW 的激光脈沖。

       在近年的研究中，奧地利維也納大學(xué)、加拿大國家研究中心和德國比利菲爾德大學(xué)的研究人員利用強(qiáng)場高次諧波的技術(shù)，成功獲得了650埃秒（as）激光脈 4沖。這使激光的發(fā)展跨出了飛躍的一步。 由于飛秒激光自身的特點(diǎn)，脈沖短，能量高，峰值功率大，其在應(yīng)用方面有著廣闊的前景。飛秒激光技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于環(huán)境、信息、醫(yī)療、國防、工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域。

       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。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。

       2024年2月4日，從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校工程科學(xué)學(xué)院微納米工程實(shí)驗(yàn)室副教授李家文課題組，提出適用于三維毛細(xì)血管支架高效構(gòu)建的飛秒激光動態(tài)全息加工方法，并用其打印出三維毛細(xì)血管網(wǎng)絡(luò)。該成果已發(fā)表于《先進(jìn)功能材料》，相關(guān)技術(shù)已獲專利授權(quán)。

和準(zhǔn)分激光區(qū)別

       飛秒激光和準(zhǔn)分子激光在多個(gè)方面存在顯著的差異。以下是對這兩種激光的詳細(xì)比較：

激光性質(zhì)

       準(zhǔn)分子激光：是一種遠(yuǎn)紫外冷激光，穿透力微弱。其波長是193nm，主要原理是通過打破細(xì)胞之間的分子鍵，直接使組織氣化產(chǎn)生作用。

       飛秒激光：是一種脈沖形式的激光，持續(xù)時(shí)間非常短，只有幾個(gè)飛秒，穿透力比較強(qiáng)。其波長大約是1053nm，主要作用是在組織之間產(chǎn)生小氣泡，氣泡通過爆破原理達(dá)到分離作用。

手術(shù)方式

       準(zhǔn)分子激光：手術(shù)過程中需要先制作角膜瓣，通常選用不同直徑的上皮環(huán)鉆分離角膜邊緣，使其形成角膜瓣，然后用準(zhǔn)分子激光切削角膜基質(zhì)層。

       飛秒激光：手術(shù)過程中無需制瓣，是在角膜上進(jìn)行立體切割，制作成一個(gè)合適的角膜基質(zhì)透鏡，再由微小的角膜切口取出透鏡即可。

手術(shù)效果與優(yōu)勢

       準(zhǔn)分子激光：

       切削整齊光潔、精確性高、預(yù)測性強(qiáng)、穩(wěn)定性好、合并癥極少。

       患者手術(shù)中無痛苦、無需住院、不影響正常的工作生活。

       具有響應(yīng)快、安全性高的優(yōu)點(diǎn)。

       飛秒激光：

       全程不揭瓣，且更精準(zhǔn)，手術(shù)后視力恢復(fù)快，用藥時(shí)間短、副作用少，可以提高視覺質(zhì)量。

       飛秒激光比準(zhǔn)分子激光更安全，它可以根據(jù)患者的個(gè)體化差異調(diào)節(jié)瓣的厚度、瓣和蒂的位置，且每個(gè)人都是用無菌治療包，感染風(fēng)險(xiǎn)更小。

       飛秒激光手術(shù)適應(yīng)度數(shù)為100~1200度，600度以內(nèi)的散光。

價(jià)格與應(yīng)用

       準(zhǔn)分子激光：相較于飛秒激光，價(jià)格更為親民。

       飛秒激光：價(jià)格較高，但由于其卓越的性能和廣泛的應(yīng)用范圍（包括環(huán)境、信息、醫(yī)療、國防、工業(yè)等領(lǐng)域），仍受到市場的青睞。

       綜上所述，飛秒激光和準(zhǔn)分子激光在激光性質(zhì)、手術(shù)方式、手術(shù)效果與優(yōu)勢以及價(jià)格與應(yīng)用等方面都存在顯著的差異。在選擇時(shí)，患者應(yīng)根據(jù)自身的具體情況和醫(yī)生的建議來做出合適的選擇。