Der Ultrakurzpulslaser ist ein generischer Name für jeden Lasertyp, der in extrem kurzen Zeiträumen, normalerweise in Pikosekunden oder Femtosekunden gemessen, kohärente Lichtimpulse oder Bursts erzeugt. Eine Pikosekunde ist ein Billionstel einer Sekunde und eine Femtosekunde ist 1,000 Mal kürzer als eine Pikosekunde oder ein Billionstel einer Sekunde. Diese Schaltraten für den Ultrakurzpulslaser ermöglichen es, einige Verschlechterungseffekte zu überwinden, denen normale Nichtpulslaser begegnen. Dadurch ergeben sich Anwendungen in der Militärtechnik, der Datenkommunikation und in der Medizin, beispielsweise zur Abtötung von Viren im Körper durch externe Laserbehandlung, ohne normales lebendes Gewebe zu schädigen.
Der Zeitbereich, den die Pulsdauer in der aktuellen Ultrakurzpulslasertechnologie ab 2011 überspannt, reicht von wenigen Pikosekunden für jeden Laserpuls bis hin zu 5 Femtosekunden. Die Technologie wird jedoch dahingehend getrieben, einen Ultrakurzpulslaser im Attosekundenbereich zu schaffen, der Pulse hätte, die 1,000-mal schneller als ein Femtosekundenlaser oder einmal pro Quintillionstelsekunde auftraten. Attosekundenlaser würden es Forschern ermöglichen, die Bewegung von Elektronen um Atomkerne in Echtzeit zu verfolgen, was sowohl in der Physik als auch in der Chemie Forschung und Entwicklung unterstützen würde.
Während frühe Laser auf der Erzeugung kohärenter Lichtstrahlen mit Rubinkristallen beruhten, verwenden Femtosekundenlaser titandotiertes Aluminiumoxid, eine Art blaugrüner Saphir, die 1986 erstmals für diesen Zweck hergestellt wurde. Die typische Pulsenergie eines solchen 20-Femtosekunden-Lasers beträgt etwa 3 Nanojoule pro Puls oder drei Milliardstel Joule. Da dies eine äußerst geringe Energiemenge ist, wird der Strahl mit einer externen Strahlungsquelle verstärkt. Als beste Verstärker haben sich Festkörpermaterialien erwiesen, wobei Ytterbiumglas am effektivsten ist und den Puls auf bis zu 100 Joule pro Quadratzentimeter verstärkt. Frühe Versuche mit Farbstoffen oder Neodym:Yttrium-Aluminium-Granat-Kristallen erhöhten die Pulsenergie von 1 Millijoule auf 0.5 Joule pro Quadratzentimeter.
Es gibt viele potenzielle Anwendungen für den Einsatz des Ultrakurzpulslasers. Sie würden die Glasfaserkommunikation durch Lichtsignalübertragung auf ein neues Niveau heben und es ermöglichen, dass viel mehr Daten auf einem Pulsstrahl übertragen werden können, als Glasfasern derzeit ab 2011 können, was dem Begriff Breitband eine ganz neue Bedeutung verleiht. Sie könnten auch verwendet werden, um Materialien von einer Oberfläche abzutragen und sie ohne Wärmezufuhr von einem festen in einen gasförmigen Zustand umzuwandeln, was verschiedene industrielle Schneid- und Formgebungsverfahren für Metalle und Verbundwerkstoffe verbessern würde. Die Technologie bietet zudem den Vorteil, dass sie in der Medizin als äußerst präzises Skalpell zur Entfernung von Krebstumoren oder zur Reparatur der optischen Hornhaut bei Menschen mit Sehschwäche dient.