Il laser a impulsi ultracorti è un nome generico per qualsiasi tipo di laser che produce impulsi o lampi di luce coerente in periodi di tempo estremamente brevi, solitamente misurati in picosecondi o femtosecondi. Un picosecondo è un trilionesimo di secondo e un femtosecondo è 1,000 volte più breve di un picosecondo o di un quadrilionesimo di secondo. Queste velocità di commutazione per il laser a impulsi ultracorti consentono di superare alcuni effetti di degradazione che incontrano i normali laser non a impulsi. Ciò fornisce loro applicazioni nella tecnologia militare, nella comunicazione dei dati e nella scienza medica, ad esempio per l’uccisione di virus nel corpo attraverso un trattamento laser esterno, senza danneggiare i normali tessuti viventi.
L’intervallo di tempo che copre la durata dell’impulso nell’attuale tecnologia laser a impulsi ultracorti a partire dal 2011 va da pochi picosecondi per ogni impulso laser fino a 5 femtosecondi. La tecnologia è orientata alla creazione di un laser a impulsi ultracorti nell’intervallo degli attosecondi, tuttavia, che avrebbe impulsi che si verificano 1,000 volte più rapidamente di un laser a femtosecondi, o una volta ogni quintilionesimo di secondo. I laser ad attosecondi consentirebbero ai ricercatori di tracciare il movimento degli elettroni attorno ai nuclei atomici in tempo reale, il che aiuterebbe la ricerca e lo sviluppo sia in fisica che in chimica.
Mentre i primi laser si basavano sulla generazione di fasci di luce coerente utilizzando cristalli di rubino, i laser a femtosecondi utilizzano ossido di alluminio drogato con titanio, un tipo di zaffiro blu-verde prodotto per la prima volta nel 1986 a questo scopo. L’energia tipica dell’impulso da un tale laser da 20 femtosecondi è di circa 3 nanojoule per impulso, o tre miliardesimi di joule. Poiché si tratta di una quantità di energia estremamente piccola, il raggio viene amplificato utilizzando una sorgente di radiazione esterna. I materiali a stato solido si sono dimostrati i migliori amplificatori, con il vetro itterbio che è il più efficace e amplifica l’impulso fino a 100 joule per centimetro quadrato. I primi tentativi che utilizzavano coloranti o cristalli di granato di neodimio: ittrio e alluminio aumentavano l’energia dell’impulso da 1 millijoule a 0.5 joule per centimetro quadrato.
Ci sono molte potenziali applicazioni per l’uso del laser a impulsi ultracorti. Porterebbero le comunicazioni in fibra ottica tramite la trasmissione del segnale luminoso a un nuovo livello, consentendo il trasporto di molti più dati su un raggio di impulsi rispetto a quanto la fibra ottica è attualmente in grado di fare a partire dal 2011, dando al termine banda larga un significato completamente nuovo. Potrebbero essere utilizzati anche per asportare materiali lontano da una superficie e cambiarla da solido a gas senza aggiungere calore nel processo, il che migliorerebbe vari processi industriali di taglio e sagomatura per metalli e compositi. La tecnologia offre anche il vantaggio di servire come una forma estremamente precisa di bisturi in medicina per rimuovere tumori cancerosi o riparare la cornea ottica nelle persone con problemi di vista.