超快激光在精细加工领域的应用

1．章节　　从1960年第一台红宝石激光器问世至今，人们对激光技术的探寻从不曾负于。因其良好的特性更加多的为人们熟知，更好的应用于将被发掘出来，特别是在是对高新技术较为脆弱的工业领域。可以说道，就人类社会发展的现阶段，工业市场需求是社会发展的最强劲的动力。

激光应用于工业加工领域早已有20多年的历史，激光在工业领域的应用于的深度和广度都早已超过了前所未有的阶段。　　2．激光加工工业的发展　　在第一台激光器问世之初，功率较低，系统整体较小，实质上无法必要应用于工业加工领域。

在这之后的几十年里，随着激光技术的发展，新的激光介质的经常出现，激光技术瓶颈的突破，激光器无论从深度上还是广度上都有相当大的变革。激光在工业中的应用于之多，数不胜数，如：激光印刷，光盘，打标，雕刻，焊，切割成，毛化，调阻，熔敷等等，且潜力极大。　　从上世纪80年代开始，从深度上来看，激光加工工业的发展主要经历了三个阶段：　　第一阶段是纳秒激光器应用于阶段。调Q技术取得的纳秒脉冲，其峰值功率远高于平均功率，需要构建倒数激光器无法超过的高瞬时功率密度，从而瞬间多达材料毁坏阈值，构建光刻效果。

　　第二阶段是本世纪伊始，SESAM（半导体可饱和吸取镜）使皮秒激光技术迅猛发展，并迅速应用于工业中。皮秒激光器仍然以来都是通过染料展开锁模，但是染料必须循环，且常常更容易去除而影响锁模的稳定性。

SESAM不但需要替换染料展开锁模，而且需要构建自启动。在此背景下，很快辈出了众多商业化的工业级皮秒激光器。

　　互为较纳秒激光，皮秒激光器以其更加较短的脉冲宽度，更高的峰值功率，需要构建更加细致的加工效果。因此，一时间，细致加工沦为热点话题。　　然而，确实做细致加工是在飞秒激光下构建的，这也是我们说道的第三阶段。

我们首先来看激光与液体之间的相互作用机理：　　（1）激光首先唤起的是液体的电子，在100飞秒的时间内电子吸取光子的能量而光子到低能级；　　（2）由于电子相对于晶格的温度更高，因此其正处于非平衡态。为了超过均衡，电子不会在1皮秒的时间内将能量传递给晶格；　　（3）在10皮秒的时间内，这些能量将被逐步传送到材料内部。

　　因此，对于10皮秒左右的皮秒激光加工，材料有充足的时间把热量传送到其内部，然后才再次发生光刻起到，因此热效应实质上无法防止。而对于飞秒激光而言，脉冲起到时间早已实际大于1皮秒，电子没充足的时间将能量传递给晶格。

从而在材料表面分解众多等离子体，能量预示着材料的除去而减弱，因此经常出现反感的光刻效果。也就是说，当激光脉长相比之下大于晶格的加热时间时，激光时间不依赖激光脉长。

　　从上面三个阶段，我们可以看见，激光加工的发展与激光器的发展基本上是实时的，一个新的技术突破，就有可能步入激光工业应用于的进步，当然，也不会带给新的疑惑：　　第一，皮秒激光器既然无法完全避免加工时的热效应，那否它就对细致加工就没意义，或者说早已丧失了不存在的价值和必要性？　　当然不是。皮秒激光虽然无法构建细致的冷加工，但相对于飞秒激光器，价格较低，且结构比较非常简单，功率较高。因此，对于这样一个非同脉冲技术的过度性产品，如何充分利用就有一点我们思维了。

目前较为有一点糅合的方法是，将皮秒激光展开三倍频，利用紫外光于材料的“光蚀”起到，高能量的光子通过“冻”处置必要毁坏材料的化学键，从而增大加工的热效应，构建“冻”加工。目前，该系统对于透明性材料加工有其较小的优势。

此类激光器很多，例如Photonicsindustry公司的15ps的355nm激光器。　　第二，飞秒激光器需要构建非热光刻，那是不是脉冲宽度越高，加工就越细致呢？实质上，光刻效果与六个主要因素有关：平均功率，脉长，波长，序长，单脉冲能量，频率。

　　一般来说，脉冲宽度越高，就很难取得低平均功率，因此，从这方面来说，较短脉冲是以壮烈牺牲平均功率为代价的。　　另外，脉冲宽度就越较宽，序长就不会越大，因此，色差也不会影响加工效果。　　其次是波长的影响，对于一般材料而言，波长对光刻效果影响并不大，只有在对半透明材料（如SiO2）展开加工的时候才考虑到，而且应当考虑到波长的问题。

如前面所说，半透明材料对紫外光有反感的吸取，而对于可见和红外光的利用亲率却很高。因此一般来说将超快激光的三倍频光用来加工。

对于几十飞秒的激光器而言，光谱宽度超过20nm，甚至是50nm，因此三倍频效率非常低。而皮秒激光器却能取得较高的三倍频率输入。

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