飛秒激光器(Femtosecond Lasers)是可以發射脈沖寬度小于1ps的激光器，也就是說脈沖寬度在飛秒時間域內（1 fs = 10?15?s）。飛秒激光器常用被動鎖模技術實現飛秒脈沖，將可飽和吸收體放在激光諧振腔內，當其上能級壽命小于光脈沖在腔內往返一次的時間2L/c時，則可得到一系列鎖模脈沖。
飛秒激光器的主要類型
固體飛秒激光器
被動鎖模固體飛秒激光器能發出高質量的超短飛秒脈沖激光，典型的脈沖寬度從10 fs至幾百fs。各種二極管抽運激光器，如基于摻釹或摻鐿的增益媒介，在這種體系中，典型的平均輸出功率在100 mW和10w之間。應用先進的色散補償的鈦藍寶石激光器甚至可適用于持續時間小于10 fs的脈沖，極限情況下可以達到約5 fs。飛秒振蕩器脈沖重復頻率在大多數情況下為50 MHz到500 MHz，飛秒放大器可實現mJ至J的單脈沖能量輸出，重復頻率通常在1MHz以下。
飛秒光纖激光器
大多數情況下飛秒光纖激光器也采用被動鎖模機制，提供的典型脈沖持續時間在30到500 fs，重復頻率20MHz到GHz。飛秒光纖激光器平均功率通常不高，從mW至5W不等，但是可通過與光纖放大器結合，可擁有更高的平均功率和脈沖能量。目前飛秒光纖激光器技術日趨成熟，在很多科研和工業應用中正逐步取代固體飛秒激光器。
染料激光器
鈦藍寶石激光器出現之前，超短脈沖產生領域由染料激光器主導。染料激光器的增益帶寬允許脈沖持續時間為10 fs級別，不同的激光染料適用于各種發射波長，且常在可見光譜的范圍內。由于染料激光器一些處理中的缺點，飛秒染料激光器不再經常使用。
半導體飛秒激光器
一些鎖模二極管激光器可以產生飛秒級別的脈沖。在激光器的直接輸出端，脈沖持續時間通常至少幾百飛秒，但利用外部脈沖壓縮，可以獲得脈寬更短的脈沖。 被動鎖模的垂直外腔面發射激光器(VECSELs)也是可能實現的；這種類型的激光器受關注，主要是因為它可以提供一種結合的特點，短脈沖持續時間，脈沖重復率高，時而有很高的平均輸出功率，但是它不適合于很高的脈沖能量。
飛秒激光器典型應用：
太赫茲：
太赫茲介于遠紅外和微波之間，通常把 0.1-10THz 頻段被稱為太赫茲波段。飛秒激光作為產生太赫茲的工具之一，可激發光電導天線PCA、非線性晶體（ZnTe、LiNbO3、DAST 等）產生短脈沖寬光譜太赫茲輻射。目前常見的太赫茲時域光譜系統、太赫茲近場掃描成像系統等均配備800nm或1.5um飛秒激光器。
太赫茲近場掃描成像原理圖
超快光譜：
時間分辨光譜學是應用非常成功或者是應用較廣泛的飛秒激光技術。物質是由分子和原子組成的，但是它們不是靜止的，都在快速地運動著，這是微觀物質的一個非常重要的基本屬性。飛秒激光的出現使人類次在原子和電子的層面上觀察到這一超快運動過程。它主要是把超短脈沖作為一種拍攝超快物理過程的瞬態攝影設備，就好像幾十年前用于拍攝穿越蘋果和牛奶滴落的閃光高速攝影像機（微秒量級）一樣。
高速電子測試：
高速電子設備開發過程中測試是非常重要一環，而測試設備往往比被測試的設備速度還慢。現在較快的電子設備達到了ps范圍，那么飛秒激光可以很容易的產生亞ps的電子脈沖對高速電子設備進行測試。
激光-等離子體相互作用：
用光強大于1013W/cm2的激光照射固體材料時，可以將原子中的電子電離出來，形成激光誘導等離子體。在100fs的時間尺度上，等離子體中的自由電子來不及逃逸，可以研究溫度高達百萬度的密度與固體相近的等離子體
飛秒激光等離子體絲 LIBS 實驗裝置圖
短波長輻射產生：
高強度可見光波段超短脈沖激光可以通過更高階次非線性諧波產生過程或泵浦x射線激光器來產生真空紫外和x射線波段的相干短波輻射。例如相干短波輻射可用來研究DNA的微觀結構
光通信：
低傳輸損耗光纖具有可和100fs脈沖相比的帶寬，因此超短脈沖技術在光通信中將扮演重要角色。目前亞皮秒脈沖已經被應用在傳輸速率達到Tbits/s的實驗室設備中。在這方面，超短脈沖技術不僅僅在超短脈沖的產生方面重要，在信號處理、數據檢測、用于辨別和優化超短脈沖傳輸的先進測量學方面也同樣重要。另外，對于WDM系統，超短脈沖具有極寬的帶寬，因此能提供更多的信道。
生物醫學應用：
飛秒激光在生物醫學成像方面有大量的應用，例如在散射介質中光學成像以及獲得高分辨率的深度信息，例如OCT。在共焦顯微成像系統，基于雙光子激發提高空間分辨率已經被演示。超短激光脈沖具有高峰值功率，低激光能量的特點使其在激光*中具有重要作用，可以避免熱效應導致的敏感組織的附帶損傷。
植物根莖雙光子顯微成像
材料微加工：
高功率激光已經被用在很多工業領域，例如切割和打孔。對于連續激光和長脈沖激光，切割的尺寸限制和加工質量被激光焦點對周圍物質的熱擴散所限制。利用飛秒激光，可以使用低能量、高峰值功率的激光進行材料處理，能夠產生新的物理機制，減少材料的熱堆積，提高切割和打孔質量。
激光控制化學：
通過對飛秒激光的波前進行特殊設計來影響光致光學反應過程，利用時間分辨光譜觀察化學反應過程，更進一步的發展是控制化學反應過程。由于化學反應過程在幾十到幾百飛秒時間內，所以飛秒激光脈沖是非常合適的工具
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