飛秒激光以其獨特的超短持續(xù)時間和超強(qiáng)峰值功率開創(chuàng)了材料超精細(xì)、低損傷和空間三維加工處理的新領(lǐng)域，而且應(yīng)用越來越廣泛。

對金屬材料的加工應(yīng)用。對一般金屬來說，由于具有很高的熱導(dǎo)性和較高的熔點溫度，在其表面實現(xiàn)高精度和高質(zhì)量的鉆孔和切割有很大的困難。用傳統(tǒng)的紅外波長激光切割不銹鋼板料，邊緣凹凸不平，表面有溶渣，這是因為材料去除是通過熔化和蒸發(fā)獲得的。由于汽化過程的反沖壓力，導(dǎo)致了液相材料的向外膨脹，從而造成環(huán)繞加工位置邊緣“冠狀物”的存在，因而大大降低了加工質(zhì)量和清潔度。而用飛秒激光切割，切縫的邊緣整齊，金屬表面沒有材料熔化的痕跡。飛秒激光精密成形技術(shù)已在汽車發(fā)動機(jī)噴油嘴的成形生產(chǎn)中得到了應(yīng)用，用飛秒激光精密成形微孔技術(shù)已替代了原先電火花加工工藝，孔的清潔度得到大大提高。

對非金屬材料的加工應(yīng)用。對非金屬材料加工中使用納秒級脈沖時，  由于熱擴(kuò)散，在照射區(qū)的外側(cè)會形成熔融相，因此用它加工石英和玻璃等光學(xué)材料時的一個大問題就是由于熔融相造成的熱應(yīng)力將會在加工小孔的周圍產(chǎn)生裂縫。傳統(tǒng)的紅外波長的激光對大多數(shù)透明的玻璃甚至根本無法加工，飛秒激光的出現(xiàn)，使這一問題得到了很好的解決。

對透明材料的加工應(yīng)用。在透明材料中的應(yīng)用主要指制造光纖通信器件。用飛秒激光器可以在工件內(nèi)部進(jìn)行加工，而且不損傷材料表面，因此可以通過改變晶體的折射率，實現(xiàn)透明晶體內(nèi)部形成光波導(dǎo)或在光纖內(nèi)實現(xiàn)折射，并且可以實現(xiàn)三維激光存儲。此外還可以對光子晶體、藍(lán)寶石、金剛石、水晶等進(jìn)行加工制作。

對半導(dǎo)體材料的加工應(yīng)用。傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料加工是采用激光照射，利用材料的應(yīng)變，并以熱變質(zhì)的方式達(dá)到實用化。而采用飛秒激光器加工材料不僅使材料表面幾乎沒有熱變質(zhì)層，而且也避免了由熱變質(zhì)引起的材料損傷，可以實現(xiàn)微米級的加工。