说飞秒激光技术近年来发生了转变是轻描淡写的，它不仅减少了技术方面的巨大进步，而且尤其是在可访问性方面的改进。复杂的桌面挤满了用户构建的组件和无数需要日常关注的离散光学器件，已经让位于为满足飞秒应用领域快速变化的世界而量身定制的单盒系统。这种转变的早期例子是用于多光子显微镜的可调谐激光器，紧随其后的是强大的工业一体式激光器，用于支持从支架切割到 OLED 加工的微加工应用。
飞秒激光脉冲可以从两种材料之间的界面或任何非中心对称的材料中产生少量的二次谐波光。产生的二次谐波光信号可以无损检测和成像半导体晶圆表面上下的特征，例如结构缺陷、薄膜质量，甚至微量金属污染。
如今，这一发展趋势的示例包括一系列功率范围小于 5W 的鞋盒尺寸密封激光器，在关键工作点具有固定波长，包括 780、920 和 1064 nm。这些用户友好型激光器进一步提供了与应用相关的参数，例如短脉冲宽度和高光束质量、优化最终脉冲宽度的预补偿以及输出功率的快速调制和控制。
新一代超快激光器经过专门优化，可支持终端市场的用户需求，例如增材制造、医学、半导体计量和应用研究。
纳米制造
激光可用于许多增材制造 (AM) 工艺，包括金属的激光烧结和聚合物的立体光刻。这些过程中的每一个都提供了一种无需掩模或模具即可创建复杂而独特的结构的方法。增材制造对于小规模生产应用特别有价值，例如零件的快速原型制作或个性化医疗植入物。
一种新兴的 AM 方法是一种称为双光子聚合的立体光刻技术，由于多种原因，它正在迅速引起人们的兴趣。首先，它能够比任何其他 AM 方法具有更高的空间分辨率。其次，它是一种三维自由成型工艺，因此它不受激光烧结或单光子立体光刻的加工限制的限制，其中零件必须从下向上或自上而下逐层创建。
紧凑、免提飞秒激光器的出现使双光子聚合等技术在许多行业和应用中更加经济可行。
激光技术是如何做到这一点的?在立体光刻中，激光束聚焦到光敏树脂浴中。当合适波长的光(通常是紫外光)照射到这种树脂上时，它会破坏聚合物的键，材料变得具有反应性，从液态单体化学物质中形成固体聚合物。
双光子聚合是一种具有较高空间分辨率的三维自由形式增材制造技术，能够生产极小的零件和特征。新的飞秒激光器使双光子聚合技术在经济上更加可行。由 Wildman 实验室/诺丁汉大学提供。
此过程允许直接从 CAD 文件创建几乎任何形状，并且原材料并不昂贵。在双光子方法中，超快激光被定制为树脂通常吸收的正常波长的两倍。通过使用高数值孔径 (NA) 光学器件，光束被聚焦到纤细的腰部。在这个腰部，而且只有在这个腰部，超快脉冲的峰值功率高到足以驱动双光子吸收。
这种方法提供了无与伦比的分辨率，原因有二。首先，使用高 NA 光学器件会产生紧密的微米级腰部，其次，由于双光子吸收取决于峰值功率的平方，因此可以调整传输的激光功率，以便在激光束内只有一个小的中心区域。束腰引起聚合。通过这种方式，该工艺可以提供亚微米空间分辨率，并且香港研究人员报告了测量约 100 nm 的特征的创建，他们使用可编程镜阵列进一步加速了该过程，以创建多光束工艺1。
一类新兴的飞秒激光器非常适合这种应用。这些激光器工作在 780 nm，结合了高功率、短脉冲宽度和色散预补偿，可在焦平面上提供高通量。与更长脉冲宽度的激光器相比，这些参数产生了更有效的聚合过程，具有更高的分辨率。用户友好的电源控制功能进一步增强了对过程的精细控制。这些新激光器的早期应用包括芯片实验室产品和微结构表面的制造，以及新型光子产品，例如微图案晶体。
无标记体内成像
多光子激发显微镜是整个生命科学研究中广泛使用的工具。与双光子光聚合一样，它仅在紧密聚焦的束腰利用飞秒脉冲的高峰值功率时依赖于与样品的空间选择性相互作用。
这里的一个关键趋势涉及转化研究，科学家们正在缓慢但肯定地将多光子技术转向临床实验室应用，并最终转向实时应用，如术中活检。出于显而易见的原因，目标技术是那些不需要荧光标记或绿色荧光蛋白等转基因蛋白来生成图像的技术。这些技术包括二次谐波生成 (SHG) 以成像胶原蛋白，其中 920 nm 是合适的波长;三次谐波产生 (THG) 以成像膜，其中 1064 nm 是一个很好的匹配;和激发内源性荧光以成像各种生物分子和代谢物，其中 780 至 800 nm 效果很好。
高数值孔径光学器件将飞秒激光束聚焦到微小的腰部，超快脉冲的峰值功率足以驱动双光子吸收。增材制造技术可提供亚微米空间分辨率，并可创建小至 100 nm 的特征。由 Wildman 实验室/诺丁汉大学提供。
虽然 SHG 和 THG 显微镜需要飞秒激光，但在可见光或紫外线波长下工作的连续波激光也可以激发这些天然荧光团，但会以一定的成像深度和细胞损伤的可能性为代价。因此，飞秒激发的优势是显而易见的。
关键的内源性荧光团包括还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 (NADH) 和黄素腺嘌呤二核苷酸 (FAD)——可用作癌症特征的代谢物。众所周知，癌细胞优先使用糖酵解而不是氧化磷酸化来满足其能量需求。当比较正常细胞和癌细胞时，这表现在 NADH 与 FAD 的比率存在明显差异。NADH 被 700 至 800 nm 波长的双光子吸收有效激发，FAD 的吸收光谱延伸至 890 nm。
利用这些代谢物的早期研究依赖于两种不同的超快激光波长，这对于诊断或护理点工作是不切实际的。幸运的是，在过去的几年里，研究人员已经证明，在 780 到 800 nm 窗口中运行的单个超快激光器可以以相似的效率激发和成像这两种物种，因为 NADH 更强的荧光也可以在“红色”处激发其频谱的尽头。此外，同样的研究人员证明，以这种方式获得的 NADH/FAD 比率是两种不同前列腺癌细胞系2的可靠标志物。
同样，在 780 nm 下工作的紧凑型飞秒激光器非常适合这一潜在非常重要的应用。与双光子聚合一样，无标记体内成像的其他相关激光参数包括出色的光束质量以地提高空间分辨率、短脉冲宽度以地降低荧光所需的平均激光功率，以及用于简化扫描过程的内部功率控制——例如，用于光栅扫描期间的消隐。
来源：激光行业观察
