超快激光器是指输出激光的脉宽在皮秒（10-12 s）级别或小于皮秒级别的脉冲激光器，是激光器按照能量输出波形进行分类的一种。激光器有多种分类方法，其中最常用的分类方法有四种，包括以工作物质分类、以能量输出波形（工作方式）分类、以输出波长（颜色）分类、以功率大小分类等。
在时间域内：1 ns=10-9s，1ps=10-12 s，1fs=10-15 s；
在空间域内：1 fs内，光在真空中走过的距离为3×10-10 m，即0.3 μm；
纳秒激光器技术：DPSS、光纤；
气体激光器：CO2、Excimer、CO、N2；
超快激光器锁模技术的发展：
飞秒激光真的是冷加工吗？
不一定，这与参数相关。
材料加工的基本原理是工具与被加工材料化学键强度的比拼。上图所示为一个长脉冲激光和飞秒激光，对同一个材料加工呈现的不同状态。能量在粒子、原子、分子之间的传递，根据强度的不同，传递时间分别在纳秒和十几个飞秒之间，这就决定了飞秒激光加工时近乎冷加工。
上图所示为光谱物理使用飞秒激光器在切割有机材质的心血管支架时所做实验。右边图示显示的是绿色区域，即没有热影响区的，红色区域为有热影响区的。横坐标为频率，纵坐标为重叠率。该图说明，在一定时间内注入的即使是飞秒激光，但是能量多了，也就是频率增加之后，仍会产生左图所示的热影响区，甚至是材料的熔化。
超硬材料（Superhard Material）是指硬度特别高的材料，可分为天然以及人造两种。超硬材料如PCD、CVD通常用作精密切削刀具，需要非常有弹性的技术来做精密加工。对加工技术要求高产出；高品质：形状可控、表面粗糙度低（<0.1 μm）；热影响区小。飞秒激光热影响小，具备无磨损、无应力、几何形状灵活、与材料的不相关性等优势。
从速度上来说，下图所示为使用100 W 功率的Spirit 1030-100激光器切割0.2 mm厚的PCD材料，切割速度>6 mm/s，材料去除率6 mm3/min。
下图为切割0.5 mm PCD，呈现的20倍与50倍的显微图像，切割速度可达1.2 mm/s，可以看到切割边缘非常光滑。
与传统加工工艺相比，超快脉冲激光加工出的刀具边缘锋利度远超其他工艺。
随着柔性电子产品的兴起，柔性基材如OLED对加工工艺也提出了更高要求。
对于柔性基材来说，需要具备：
柔性：刚度vs厚度；
机械、化学、几何稳定性；
抗化学腐蚀；
低的氧和湿气透过性；
表面粗糙度和透光性（用于底部发光体）。
没有哪种材料能够同时满足所有要求，因此需要多层或复合材料。可以用于OLED的聚合物材料包括：PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）、PC（聚碳酸酯）、PI（聚酰亚胺、卡普顿）、PEN（聚萘二甲酸乙二醇酯）、PES（聚醚砜）。超快激光器的加工能力与材料没有相关度，同时加工后材料特性不会改变。
如下图所示，用100 W fs Spirit分别加工聚亚酰胺和聚酯材料，切割速度分别为>800 mm/s和>1200 mm/s。
图 使用100 W fs Spirit切割聚亚酰胺（左）使用100 W fs Spirit加工聚酯材料（右）
以下所示应用以使用Spectra-Physics-MKS IceFyreTM 1064-50A加工为例。
热影响区很小甚至没有
切割200 μm 厚氧化铝陶瓷的速度20 mm/s
未完全优化条件下
康宁Willow玻璃，厚度~200 μm，孔直径10 mm
切割时间：2.5 s
侧壁粗糙度Ra<1μm
厚度=375 ，直径=5 mm，切割时间：6.5 s
厚度=150 μm，直径=5 mm，切割时间：~1.5 s，侧壁粗糙度Ra< 1.5 μm
在牺牲一定速度情况下，可以达到更低的粗糙度0.5-1 μm
左下的显微图像显示了优化参数后的侧壁质量
右边的三维图显示侧壁粗糙度非常小，Ra～0.66 μm
速度在1 m/s时
皮秒TimeShift技术的优势：2-4个子脉冲的脉冲串可以达到最佳的切割效果
显微图所示是用IceFyre 1064-50激光器在速度为1000 mm/s时切割的0.7 mm厚非化学强化玻璃（子脉冲个数为2）
左图所示为激光入射面，中间为出射面裂片后图片，切割结果：一致性很好边缘崩边量很小（出射面质量与入射面相似）
右图为侧壁图，整个侧面从上到下的粗糙度非常一致，粗糙度Ra值在~0.5-0.6 μm间
用于自由射频电路（5G手机）、高速数据传输（USB3.0）的LCP（液晶聚合物）
与当前纳秒DPSS 355 nm激光切割工艺对比
挑战：热效应和切割速度
基于皮秒TimeShit技术的工艺对提高速度大有益处
Strategies Unlimited 对2018年全球激光器应用市场分布与收入的统计如下图所示。目前从各大上市公司所公布数据来看，工业激光器有可能会呈现负增长。超快激光现已在生物医疗、材料加工、光谱学、成像、科研及其它领域得到广泛应用，各大预测机构预测超快激光近三年来的复合增长率超过20%。
从应用领域来说，在生物医疗领域，超快激光将引领包括眼科手术，激光美容如美肤、去纹身、去毛发等；在材料加工行业，因超快激光能达到的精度及极小的热影响区，必将在热敏感材料的加工中发挥其优势，如切割、打孔、材料去除、光刻、3D打印等，尤其在微细加工中极具应用优势；超快激光适用于脆性透明材料、超硬材料、贵金属等加工。
未来，超快激光市场仍将以北美、欧洲和亚太为主，中国也将成为主要的增长市场。《2019中国激光产业发展报告精编版》对于中国超快激光产业发展环境，从4个方面进行了分析：
政策环境：国家政策战略性的描绘出未来我国制造业转型升级，由初级、低端迈向中高端的发展规划。另外《促进汽车动力电池产业发展行动方案》等政策进一步鼓励动力电池发展经济环境，带动了超快激光器的发展。进入2018年以来，中美贸易战持续升温，部分激光产业链上游部分元器件、辅助设备被列入美国对华加税清单，负面影响覆盖金属加工、印制电路版等领域，特别是对消费电子领域的激光精密加工设备厂商，原材料成本会受影响。
经济环境：中国作为全球消费品行业的“生产热点地区”，聚集着大量的电子制造、集成电路、医疗、通信、IT 等产业集群，这些消费市场正呈现“爆发式”的增长，并且带来大量的激光应用潜力。
社会环境：智能手机的普及化和爆发式增长，使得消费者对智能手机品质的要求越来越高，其相关的配件加工也越来越精密化。医疗设备是具有高附加值的产品，在质量方面要求严格，通常要求采用挑战性的工业制造工艺。基于这些原因，超快激光器在医疗设备制造领域获得大量应用。
技术环境：以“冷加工”技术为代表的高精密加工技术正在中国得到飞速发展，大大促进了固体激光器、超快激光器在精细微加工领域如消费电子用芯片、高分子材料、软硬电路板切割领域；精细打标如高分子材料和透明材料打标、特种金属表面处理和3D打印领域的应用。超快激光技术的进步将促使超快激光器向平均功率更高、重复率更高以及尺寸更小的方向发展，这意味着越来越多的新应用将具有经济竞争力，在未来的制造工艺中发挥重要的作用。
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