自1960年马曼首次获得激光脉冲输出以来，人类压缩激光脉冲宽度的过程大致可分为三个阶段：调Q技术阶段、锁模技术阶段和啁啾脉冲放大技术阶段。啁啾脉冲放大（CPA）是一种新技术，旨在克服飞秒激光放大过程中固体激光材料产生的自聚焦效应。它首先提供由锁模激光器产生的超短脉冲。“正啁啾”，将脉冲宽度扩展到皮秒甚至纳秒进行放大，然后在获得足够的能量放大后，使用啁啾补偿（负啁啾）方法压缩脉冲宽度。飞秒激光器的发展具有重要意义。

在1990年之前，飞秒激光脉冲已经使用具有宽增益带宽的染料激光锁模技术获得。然而，染料激光器的维护和管理极其复杂，这限制了它的应用。随着钛宝石晶体质量的提高，也可以使用较短的晶体来获得足够高的增益，以实现短脉冲振荡。1991年，Spence等人首次研制出自锁模钛宝石飞秒激光器。成功研制出60fs脉宽的钛宝石飞秒激光器，极大地促进了飞秒激光器的应用和发展。1994年，利用啁啾脉冲放大技术获得小于10fs的激光脉冲，目前借助克尔透镜自锁模技术、光参量啁啾脉冲放大、腔排空技术、多程放大技术等可以使激光的脉冲宽度压缩到小于1fs进入阿秒域，激光脉冲的峰值功率也从太瓦（1TW=10^12W）增加到千兆瓦（1PW=10^ 15W）。激光技术的这些重大突破引发了许多领域广泛而深入的变化。

在物理学领域，飞秒激光产生的超高强度电磁场可以产生相对论中子，也可以直接操纵原子和分子。在台式核聚变激光装置上，使用飞秒激光脉冲照射氘氚分子团。它可以引发核聚变反应并产生大量中子。当飞秒激光与水相互作用时，它可以使氢同位素氘发生核聚变反应，产生大量能量。使用飞秒激光控制核聚变可以获得可控的核聚变能.在宇宙物理实验室，飞秒激光超高强度光脉冲产生的高能密度等离子体可以再现银河系和地面恒星的内部现象。飞秒时间分辨率方法可以在飞秒的时间尺度上清楚地观察到放置在纳米空间中的分子及其内部电子状态的变化。

在生物医学领域，由于飞秒激光的高峰值功率和功率密度，在与各种材料相互作用时，经常会产生各种非线性效应，如多光子电离和自聚焦效应。同时，与生物组织的热弛豫时间（ns量级）相比，飞秒激光与生物组织之间的相互作用时间微不足道。对于生物组织，几度的温度升高会对神经产生压力波。细胞对细胞产生疼痛和热损伤，因此飞秒激光可以实现无痛无热治疗。飞秒激光具有能量低、损伤小、精度高、三维空间定位严格等优点，可以最大限度地满足生物医学领域的特殊需求。飞秒激光用于治疗牙齿，获得干净整洁的通道，没有任何边缘损伤，避免了长脉冲激光（如Er:YAG）、钙化、裂纹和粗糙表面引起的机械应力和热应力的影响。当飞秒激光应用于生物组织的精细切割时，可以通过光谱分析飞秒激光与生物组织相互作用过程中的等离子体发光，识别骨组织和软骨组织，从而确定和控制手术治疗过程中所需的脉冲能量。这项技术对神经和脊柱手术具有重要意义。波长范围为630-1053nm的飞秒激光可以对人脑组织进行安全、清洁、高精度的非热手术切割和消融。波长为1060nm、脉冲宽度为800fs、脉冲重复频率为2kHz、脉冲能量为40μJ的飞秒激光可以进行清洁、高精度的角膜切割手术。飞秒激光具有无热损伤的特点，这对激光心肌血运重建和激光血管成形术具有重要意义。2002年，德国汉诺威激光中心利用飞秒激光在一种新型聚合物材料上完成了血管支架结构的突破性生产。与之前的不锈钢支架相比，这种血管支架具有良好的生物相容性和生物相容性。可降解性对冠心病的治疗具有重要意义。在临床测试和生物测定中，飞秒激光技术可以在微观水平上自动切割生物体的生物组织，并获得高清三维图像。该技术对癌症的诊断和治疗以及动物368基因突变的研究具有重要意义。

在基因工程领域。2001年，德国的K.Konig使用钛：蓝宝石飞秒激光对人类DNA（染色体）进行纳米级操作（最小切割宽度100nm）。2002年，U.irlapur和Koing用飞秒激光在癌症细胞膜上形成了一个可逆的微孔，然后让DNA通过这个孔进入细胞。后来，细胞自身的生长堵住了这个洞，从而成功实现了基因转移。该技术具有可靠性高、移植效果好的优点，对于将外源遗传物质移植到包括干细胞在内的各种细胞中具有重要意义。在细胞工程领域，飞秒激光用于在活细胞中实现纳米手术操作，而不会损坏细胞膜。这些飞秒激光操作技术对基因治疗、细胞动力学、细胞极性、耐药性以及细胞不同成分和亚细胞异质结构的研究具有积极意义。

在光纤通信领域，半导体光电器件材料的响应时间是制约超商用速度光纤通信的“瓶颈”。飞秒相干控制技术的应用使半导体光开关的速度达到10000Gbit/s，最终达到量子力学的理论极限。 .此外，飞秒激光脉冲的傅里叶波形整形技术应用于大容量光通信，如时分复用、波分复用和码分多址，可以获得1Tbit/s的数据传输速率。

在超细加工领域，飞秒激光脉冲在透明介质中的强自聚焦效应使激光焦斑小于衍射极限，导致透明材料内部发生微爆炸，形成亚微米直径的立体像素。采用这种方法，可以实现高密度三维光存储，存储密度可达10^12bits/cm3。并且可以实现快速的数据读取、写入和并行数据随机访问。相邻数据位层之间的串扰非常小，三维存储技术已成为当前大容量存储技术发展的一个新的研究方向。光波导、分束器、耦合器等是集成光学的基本光学元件。在计算机控制的加工平台上使用飞秒激光器，可以在材料内部的任何位置制造任何形状的二维和三维光波导。，分束器、耦合器等光子器件，并且可以与标准光纤耦合，利用飞秒激光还可以在光敏玻璃内制作45°微镜，现在已经制作出由3个内部微镜组成的光学电路，可以使光束在4mmx5mm的区域内旋转270°。更科学地说，美国科学家最近使用飞秒激光器制造了一种1cm长的增益光波导，可以在1062nm附近产生3dB/cm的信号增益。光纤布拉格光栅具有有效的频率选择特性，易于与光纤通信系统耦合，损耗低。因此，它在频域中表现出丰富的传输特性，已成为光纤器件的研究热点。2000年，Kawamora K等人首次使用双红外飞秒激光干涉术获得了表面浮雕全息光栅。后来，随着生产技术和工艺的发展，2003年Mihaiby。S等人使用钛：蓝宝石飞秒激光脉冲与零阶相位板相结合，在通信光纤芯上获得反射布拉格光栅。它具有高折射率调制范围和良好的温度稳定性。

光子晶体是一种在空间中具有周期性折射率调制的介电结构并且其变化周期与光的波长在数量级上相同。光子晶体器件是一种全新的控制光子传播的器件，已成为光子学领域的研究热点。2001年，Sun HB等人使用飞秒激光在掺锗石英玻璃中制造了具有任意晶格的光子晶体，可以单独选择单个原子。2003年，Serbin J等人利用飞秒激光诱导无机-有机杂化材料的双光子聚合，获得了结构尺寸小于200nm、周期为450nm的三维微结构和光子晶体。

飞秒激光器在微光学器件加工领域取得了突破性成果，使得定向连接器、带通滤波器、多路复用器、光开关、波长转换器和调制器可以在“芯片”上处理。具有其他组件的平面光波环路是可能的。为光子器件取代电子器件奠定了基础。

光掩模和光刻技术是微电子领域的关键技术，直接关系到集成电路产品的质量和生产效率。飞秒激光可用于修复光掩模的缺陷，修复后的线宽可达到小于100nm的精度。飞秒激光直写技术可用于快速有效地制造高质量的光掩模。这些研究结果对微电子技术的发展具有重要意义。