激光微细加工_新的发展与应用
激光微纳加工技术的发展及其应用研究
激光微纳加工技术的发展及其应用研究激光微纳加工技术是指利用激光精密加工制造微细结构的技术，通常被应用于微电子、微机械、生物医学等领域。
随着科技的不断进步，激光微纳加工技术得到了越来越广泛的应用和研究。
本文将从技术的发展历程、应用领域的扩展以及未来的发展趋势三个方面进行详述。
技术的发展历程激光微纳加工技术最初的起源可以追溯到20世纪60年代，那时候激光微加工还只是一个比较新颖的技术，仅限于表面处理和简单的开槽加工。
1965年，曾在贝尔实验室工作的Theodore Harold Maiman发明了激光，之后激光加工技术得到了快速发展，1970年代末与1980年代初先后涌现出了保护材料法、铜制蚀刻法、氧化退火法等用于激光微纳加工工艺的方法，这大大促进了激光微纳加工技术的应用。
随着半导体工厂在微米制造方面的发展，激光微纳加工技术得以进一步推广，并达到了新的发展阶段。
其中，连续激光加工和脉冲激光加工是最常用的两种激光加工方式，前者主要应用于材料切割和钻孔加工等领域，后者则主要应用于表面处理和蚀刻加工等领域。
应用领域的扩展激光微纳加工技术的应用领域非常广泛，包括微电子技术、MEMS技术、微机械技术、光电子技术、生物医学等多个领域。
其中，微电子技术是激光微纳加工技术最早应用的领域之一，主要应用于电路板的制造和封装。
MEMS技术则是一种微型机电系统技术，其利用激光微纳加工技术来制造出微型传感器、执行器和其他微型机械元件，将其安装在薄膜上，实现微型化处理。
随着科技的不断发展，MEMS技术应用的领域也不断扩展，包括气体传感器、惯性传感器、微药物泵等。
微机械技术则是利用微纳加工技术来制造微小机构的技术，如微型齿轮、微型弹簧等，将其应用于机器人、航空飞行器等领域。
光电子技术则是利用光电子器件来进行光信号处理的技术，其常用于制造芯片和半导体材料。
生物医学则是激光微纳加工技术的新兴应用领域，其应用主要集中在医疗器械的制造与研究上。
激光加工技术的研究进展与应用前景
激光加工技术的研究进展与应用前景激光加工技术是一种高新技术，具有高精度、高速度、高效率等优点，在制造、材料加工、医疗等领域有着广泛的应用前景。
本文将从激光加工技术的研究进展及其应用前景方面进行探讨。
一、激光加工技术的研究进展自从激光加工技术出现以来，其快速发展已有50多年的历史。
激光加工技术的研究重点包括激光加工光学系统、激光加工控制系统、激光加工数控技术等内容。
激光加工光学系统包括激光器、光纤、反射镜、平台等组件。
随着激光技术的不断发展，激光器的功率越来越高，光纤的传输损失也越来越小，反射镜和平台的准确度也得到了极大地提高，从而使得激光加工的高精度和高效率得到保证。
激光加工控制系统是激光加工技术中的关键环节，它涉及到激光加工过程中的位置控制、速度控制、功率控制等方面。
在这个领域，计算机的应用以及软硬件的提高，为激光加工技术的精度和效率提供了坚实的支撑。
激光加工数控技术是指数字化控制技术在激光加工领域的应用。
数控技术使得激光加工技术变得更加智能化，为精密加工提供了良好的手段。
目前，数控技术已广泛应用于激光加工领域，成为激光加工的主要手段之一。
二、激光加工技术的应用前景1. 制造领域在制造领域，激光加工技术可以用于各种各样的精密加工，如微细孔加工、激光切割、激光打标、激光焊接等处理过程。
激光加工技术可以实现高精度、高效率的加工，使得制造业实现了从传统的手工制造向智能化、数字化等方向的转型，从而在产品品质、生产效率等方面实现了质的飞跃。
2. 材料加工领域在材料加工领域，激光加工技术可以进行复杂的材料加工，如激光精密切割、激光打孔等。
激光加工技术对材料的切割、打孔等操作可以达到无损伤效果，避免了机械切割方式中可能产生的热变形、剪切毛刺等问题，同时也可以使材料加工速度快速的提高，从而为材料加工领域的进一步发展提供了重要的技术支撑。
3. 医疗领域在医疗领域，激光加工技术也得到了广泛的应用。
如激光治疗、激光切割等。
飞秒激光微纳加工用途
飞秒激光微纳加工用途
飞秒激光微纳加工是一种高精度、高效率的微观加工技术，利用飞秒激光的特殊能量特性，可以对各种材料进行微细加工。
这种技术广泛应用于微纳电子、光学器件、生物医学、光子学等领域，在改善设备性能和提高产品质量方面发挥了巨大作用。
以下是飞秒激光微纳加工的主要用途：
1.微电子加工：飞秒激光可以用于制作微电子元器件，例如微型传感器、微电极和微通道等。
这种高精度加工技术可以提高电子元器件的性能和可靠性。
2.光学器件加工：飞秒激光可以用于制作微型光学器件，如光纤连接器、光波导和微型透镜等。
通过精确控制激光参数和加工条件，可以实现高精度和高质量的光学器件加工。
3.生物医学应用：飞秒激光微纳加工在生物医学领域有广泛应用。
可以通过飞秒激光实现细胞操作、组织修复和细胞杀伤等操作。
这种精确控制的加工技术在生物医学领域有着重要的应用前景。
4.材料改性和表面处理：飞秒激光可以用于材料表面的微纳改性和处理。
通过控制激光能量和作用时间，可以实现材料表面的微纳结构化、溅射和烧蚀等处理，从而改善材料的性能和表面特性。
5.光子学器件加工：飞秒激光可以用于制作微型光子学器件，如集成光路和微型光电子器件等。
这种高精度加工技术可以实现光子学器件的高集成度和高可靠性。
总的来说，飞秒激光微纳加工技术在微纳加工领域有着广泛的应用前景。
它具有高精度、高效率和可控性等优点，可以对各种材料进行精确加工和处理。
随着科学技术的不断发展，飞秒激光微纳加工技术在各个领域的应用将会越来越广泛。
激光的应用与发展趋势
激光作为新能源代表，在许多领域都有更广泛应用。
本文从激光在当今社会的地位谈起，接着介绍激光在几大领域的应用现状，最后又分析了激光器以及全球激光产业发展趋势。
激光；激光产业；发展趋势激光器的发明是20 世纪中能与原子能、半导体、计算机相提并论的重大科技成就。
自诞生到现在得到了迅速发展，激光光源的浮现是人工创造光源历史上的又一次革命。
我国激光技术在起步阶段就发展迅速，无论是数量还是质量都和当时国际水平接近。
一项创新性技术能够如此迅速地赶上世界先进行列，这在我国近代科技发展史上并不多见。
能够将物理设想、技术方案顺利地转化成实际激光器件，主要得力于长春光机所多年来在技术光学、精密机械方面的综合能力和坚实基础。
一项新技术的开发，没有足够技术支撑很难形成气候[1] 。
在熟悉的反射、折射、吸收等光现象中，反射光、折射光的强度与入射光的强度成正比，这种现象称为线性光学现象。
如果强度除了与入射光强度成正比外，还与入射光强调成二次方、三次方乃至更高的方次，这就属非线性光学效应。
这些效应惟独在入射光足够大时才表现出来。
高功率激光器问世后，人们在激光与物质相互作用过程中观察到非线性光学现象，如频率变换，拉曼频移，自聚焦，布布里渊散射[ 2]等。
气态原子、份子处于永不停息运动中(速度接近340 m/s)，且不断与其它原子，份子碰撞，要“捕获”操作它们十分不易。
1997 年华裔科学家、美国斯坦福大学朱 棣文等人， 首次采用激光束将原子数冷却到极低温度， 使其速度比通常做热运动时降 低，达到“捕获”操作的目的。
具体做法是， 用六路俩俩成对的正交激光束， 用三个相互垂直的方向射向同一点， 光束始终将原子推向这点，于是约 106 个原子形成的小区，温度在 240 [3] 以下。
这样使原子的速度减至 10 m/s 两级。
后来又制成抗重力的光-磁陷阱，使原子在约 1s 内从控制区坠落后被捕获。
此项技术在光谱学、原子钟、研究量子效应方面有着广阔的应用前景。
超快激光微纳加工技术
超快激光微纳加工技术一、引言超快激光微纳加工技术是一种新型的加工技术，其具有高精度、高效率、高质量等优势。
在微电子、生物医学、光学器件等领域中得到了广泛的应用。
本文将对超快激光微纳加工技术进行详细介绍。
二、超快激光微纳加工技术原理1. 超快激光的产生与特点超快激光是指脉冲宽度在飞秒级别以下的激光，其脉冲宽度一般为几十飞秒至几百飞秒。
超快激光的产生主要通过调Q技术实现，其具有高峰值功率和短脉冲宽度等特点。
2. 超快激光微纳加工原理超快激光微纳加工技术主要是利用超快激光与材料相互作用时所产生的非线性效应进行微细结构制造。
当超快激光照射到材料表面时，由于其短脉冲宽度和高峰值功率，会使材料表面的电子密度瞬间增加，从而引起材料的非线性光学效应。
这些效应包括多光子吸收、自聚焦、等离子体生成等，最终形成微细的结构。
三、超快激光微纳加工技术的应用1. 微电子领域超快激光微纳加工技术在微电子领域中得到了广泛的应用。
例如，可以利用超快激光制造高精度的微型电路板、传感器等。
2. 生物医学领域在生物医学领域中，超快激光微纳加工技术可以用于制造高精度的生物芯片、仿生器官等。
此外，还可以利用超快激光进行细胞切割和组织切割等操作。
3. 光学器件领域在光学器件领域中，超快激光微纳加工技术可以制造出高质量的反射镜、透镜等。
此外，还可以利用超快激光进行二次谐波产生和频率转换等操作。
四、超快激光微纳加工技术的发展趋势1. 提高加工精度和效率超快激光微纳加工技术的发展趋势是提高加工精度和效率。
目前，超快激光微纳加工技术的加工精度已经达到亚微米级别，但仍需要进一步提高。
2. 拓展应用领域超快激光微纳加工技术还可以在新材料、新器件等领域中得到拓展应用。
例如，在太阳能电池、柔性电子、量子计算等领域中都有广阔的应用前景。
3. 降低成本随着超快激光微纳加工技术的不断发展，其成本也逐渐降低。
今后，随着相关技术的不断完善和普及，其成本将进一步降低。
刍议电子元器件的激光微细加工技术与设备应用
刍议电子元器件的激光微细加工技术与设备应用摘要：激光加工技术是一种较为新型的制造加工工艺，与传统制造加工工艺相比，它体现出较大的优越性，并受到广泛好评。
该文结合电子元器件的激光微细加工技术应用现状，对其相关应用与发展进行分析和阐述。
关键词：电子元器件?激光微细加工技术?设备应用随着我国电子制造业的不断发展与完善，传统的制造加工工艺已经无法适应现代电子制造工艺的发展需求；与传统的加工技术相比较，采取激光细微加工技术，具有加工效率高、能量密度高、热影响较小、光束参数精确、非接触加工等优势，已经在电子工艺领域取得诸多进展，可更好地实现经济效益与社会效益。
1 研究背景及意义通过对电子元器件的激光微细加工技术与设备应用进行一定程度上的运用，我们希望能够更为系统的了解这一技术，并将之与加工工艺有效结合，研制出激光加工设备，并有效的运用到工业生产中，以期提高生产效率，并对产品质量的稳定性与可靠性进行有效的保证，进而提高经济效益与社会效益。
通过该文的研究，能够更为系统化的阐述激光微细加工技术，并将之投入到实际的生产中，不断完善，具有重要的现实意义。
2 电子元器件激光微细加工技术与设备应用现状激光微细加工技术是多种技术的结合，主要包含了激光微细熔覆技术、激光微调技术、激光微连接技术以及激光标记技术。
激光微细熔覆技术将固体或者半固体的功能材料作为相应的熔覆材料，采用连续或者脉冲激光对其进行辐射，从而促使熔覆材料内部、熔覆层与基材界面发生物理、化学作用，由此形成需要的机械零部件或者功能元器件；激光微调技术主要指的是对激光进行有效利用，并对电阻、电容、石英晶体、混合集成电路等主要参数进行有效微调的一种技术；激光标记技术则是有效利用高能量密度激光，然后在各种不同的物质表面产生光化学效应或表层物质蒸发，从而达到在物质表面留下永久标记目的的一种技术。
激光微细加工技术之所以能够在电子工艺中得到广泛的使用，并受到好评，主要归功于其独特的优越性，主要体现在如下几个方面：①激光微细加工技术所需要的条件不是十分苛刻，比较容易满足；②激光微细加工的对象十分广泛，涉及的领域包括金属、有机物、陶瓷等；③激光微细加工技术绿色环保，符合可持续发展要求；④智能化程度高，可控制性强；⑤激光微细加工是一种更精密的制造技术。
精密结构件发展历程
精密结构件发展历程精密结构件是指尺寸精度高、形状复杂、功能多样的零部件，广泛应用于航空航天、电子、光学、汽车等领域。
其发展历程可以追溯到人类工业化起步阶段，经历了多个阶段的演进和技术革新。
一、手工制造阶段在工业化之前，人们主要依靠手工制造精密结构件。
这一阶段的制造工艺主要依赖匠人的技艺和经验，制造周期长、成本高，且精度受限。
二、机械制造阶段随着工业化的发展，机械制造开始应用于精密结构件的制造。
这一阶段的关键是发展和应用精密机床，如车床、铣床、磨床等。
机械制造的出现大大提高了精密结构件的生产效率和质量稳定性，但仍然存在着一定的制造误差。
三、数控制造阶段20世纪50年代，随着计算机的发展和电子技术的应用，数控技术开始应用于精密结构件的制造。
数控技术通过将工艺参数输入计算机控制系统，实现对加工过程的自动化控制，大大提高了加工精度和生产效率。
四、激光加工阶段20世纪70年代，激光技术开始应用于精密结构件的加工。
激光加工具有非接触、高精度、高效率等优点，成为制造复杂形状精密结构件的重要方法。
激光切割、激光焊接、激光打孔等技术的应用，不仅提高了加工精度，还能加工各种材料。
五、微细加工阶段20世纪80年代，随着微细加工技术的发展，精密结构件开始实现微米级甚至亚微米级的加工精度。
微细加工技术包括微细电火花加工、激光微细加工、离子束微细加工等，通过控制微小能量在微观尺度上的集中释放，实现对精密结构件的高精度加工。
六、先进材料和先进工艺阶段随着材料科学和工艺技术的不断进步，精密结构件的材料和工艺也得到了极大的发展。
先进材料如复合材料、高温合金等具有优异的性能，可以满足特殊环境下的需求。
先进工艺如快速成型、表面处理等技术的应用，不仅提高了精密结构件的性能，还拓宽了其应用范围。
七、智能制造阶段当前，智能制造技术不断渗透到精密结构件的制造中。
智能制造通过引入人工智能、大数据、物联网等技术，实现生产过程的自动化、信息化和智能化。
激光微细加工在显示器应用中的新技术和发展
不 能加工 复杂 的或 者 多维的结 构 ；
・
・
・
固 １ Ｌ Ｄ显示器结构配置示意 图． 中的棱镜结构用于改变光线方 向。 Ｃ 其
２ １ 激光微 细 加工 ．
０ １５的成像 物镜 。物镜 的像场 尺 寸为 １ｒｍ 在 ．２ ４ 。 ａ 这样 大 的尺 寸上 能从镀 铬 石英掩模 板 上投影 同 时 加 工 出 ２０个宽度 为 ５ ｐ 的微 棱镜 。 ７ ｒ ８ ０． ｍ 在 ５ ｍｘ ａ １ｒｍ大 的掩模 平 面上 成 型并使 激光 束形 成 一 种 ０ ａ “ 平顶 ” 矩形 轮廓 分布 。把样 品展平 并 固定在 Ｘ Ｚ Ｙ 移动平 台上 ．平 台的横 向定位精 度 （ 分辨率 ）为 １０ｍ， 高度 （ ０ｒ ｉ 调焦 ）精 度 为 ５ｒ ０ｔ ｍ。应 该注 意 ， ０ １５ Ａ 的物镜焦 耀 约等于 ±１ ｐ 因此控 制样 ．２ Ｎ ６． ｍ， 品 移动在 保持 图像质量 协 调一 致的过 程 中非 常重 要 。此外 ， 应把 定 向喷头 紧靠烧 蚀点外 ， 发 挥 以便 激光 微 细加工期 间喷 头喷 出气 体的辅 助作用 。 优 化微 细加工各 参 数 ，以便 确 定 出以 激光能 量 密度 、 单位 面积上 激 光脉 冲激射 次数 （ 为得 到要 求 的加 工深度 ）脉 冲重 复频率 、 品移动 速 度 （ 、 样 送 给率 ）和辅 助气体等 参数 表示 的一组 最佳 工 况。 另 外一个 对最 终样 品质量 有重 要影 响的参 数 ．是
激 光
用 巾
１ 引
言
２ 手持式显示器 的微细 结构
显示 器在 常规工 作情 况 下 ，利用 周 围环 境光 照明有许 多 益处 ， 然 ， 显 最重要 的优 点是 减 少功率 消耗 。然而 ，使用 环境 光照 明 的确 有一 些 限制条 件 ， 照明 系统设计 时必须 给予考 虑。 在 在手 持式 装
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。
石 激 光器 )
前 者 的 应 用 已 处 于 领 先 地位 并
, , 。
如 用 准 分 子 激 光 器或
象
。
C O:
激光 器 切 割 金 刚 石
s
,
且早 已 相 当成 熟 而 后 者 即 飞 秒脉 冲激光 器
的 使 用 正 在 逐渐 显 示 其 重 要 性 虽 然 评估 脉
时 通 常 看 到 的在 切 割 边 缘 出 现 的 石 墨 化 现
最 好 结 果是 CV D 金 刚 石 和 不 锈 钢材 料 样 品
。
它们 具 有 足 够 大 的 功 率供 微细 加 工 用
易 于 集 成和 可 靠 以 便 于 工 业 应 用
。
,
要求
图
10
展 示 出 C V D 金 刚石 芯 片的 两个 侧
1 0 卜m
, 。
目 前激 光 微 细 加 工 多 使 用 纳 秒 级 或 更 长
虽 然 为 使 这 些 系 统更 便
,
位 各 平 台 通 过 计算 机数 控 ( C N ) C 接 口控制 实 现 程 序控 制直 接 写 人
加 工 获 得全 面 优 质结 构 料样品
、
。
于 使用 的 研 究 已 取 得 重 大进 展
但 是 由于 人
。
为 了 使 皮瓦 激 光 器
,
们感 觉它 们 有 许 多 缺 点
、
事实 上 这 种 激 光 器 的 峰 值
’ `
如 眼外 科 手 术
、
医 学 成像 和 美 容 整 形 外 科 )
、
功 率 比 目 前市 售 的 大 多数 二 极 管 泵 浦 固 体 激 1 光器 要 高 激光 头 尺 寸 精 巧 ( 近 似 为 2
x
.
。
x
,
l
远距离 通 信 高速 电 子 系 统 和 微 细 加 工 ( 如 打 印机 喷嘴
激 光 器 发 出 的 光 束 聚 焦 成 直径
1 5 协m
。
大 体积 复 杂 和 昂 贵 的 激 光 系 统 并 且 通 常 要
的 光 点 并 投 射 到 X Y 传 输平 台 的 工 件 上
,
把
,
求 使 用 人 员 具备 某 些 专 门 的激 光 知识 才 能 使
系 统 获得 最 佳 性 能
。
物 镜 安 装 在 一 个能 升 降 的平 台 上 以 便 调 焦 定
专题 聚 焦
种 激 光 器 产 生 脉 冲 激光
,
阅
,
脉 冲周 期 为 7 5
。
,
0s p
3
超 短 脉 冲激 光微 细 加 工
最 大 脉 冲重 复频 率 为
为
15 0 闪 @ I k H z
I O k Hz
一 般 脉 冲能 量 平均 输 出
。
和
8 0 闪 @ 10 k H z
最 近有 重 视 使 用 超 短 脉 冲 激 光 器 的趋
瓦 激 光 器 可 能 会 引 起 其他 方 面 应 用 的 关 注
线 偏 振输 出光 束 光 束 质 量 因 子
< 1
2
这
光 机电 信 息
7 / 20
1 0
.
.
O M E I N FO R M A T I O N N o
7 2 00 1
,
产品的一些 热控制器
,
,
光 微 细 加 工 仍 存 在 某些 问题 叫做 皮 瓦
( P ie
o
把 这 种 激 光器 波长 为
M
Z
用 准 分 子 激 光 器 进行 微 细 加 工 和 表 面 校
。
w
a
,
tt
) 激光器
,
106 4
.
n
。
m
平 已 获 得很 好 的 效果 而 另 外 一 些 系 统 如 皮
、
,
把 它 们 改进 到 适 合
,
试 验加 工 了 数 种 材
、
,
于 工 业 环 境 应 用 的 工 作进展 似 乎 仍很 缓慢
这 些样 品包 括 硼硅 酸盐 玻 璃
。
不锈
在 实 际 应 用 中 需 要 简 单 精 巧 的激 光 器 要 求
钢 硅 和 化 学 汽 相 沉 积 ( C V D ) 金 刚 石 获得 的
功率 为
15 0 m w @ I k H z
和
,
SO 0 m
z W@ 1 0 k H 这
势 特 别 是 飞 秒 固体 激光 系 统 诸 如 掺 钦 蓝 宝
石 激光 器
。
,
,
种激 光 器 的 峰值 功 率 为
10 6 k w @ 1 0 k H
z
。
200 kw @ I kH z
和
一 些 应 用 领 域包 括 : 医学 应 用 ( 例
较 大 的元 件 故 能满 足 广 泛 应 用 的 需 要 这 些 应 用包 括 光学 元 件 ( 激光 光 学 元件 窗 口 和 透 镜等 )
A
r o b
r
Mi e hig a n
) 研 制 的 Q 开 关 纤 维 激 光器 样 机 研 究 激
。
MEMS
面 芯 片 厚度 约
,
展 示 了 激 光束 在 样 品
脉 冲周期 的 激 光 器 ( N d 器)
,
:
YAG
或者
CO
Z
激光
,
上 打 出的方 孔和 圆孔
从 图上能 明显 地 看到
,
以 及 飞 秒 级 脉 冲 周期 激光 器 ( 掺 钦 蓝 宝
。
孔 的 加 工 质 量 非 常 好 此外 几 乎 没 有 发 现诸
, 、
尹
ME M S
装置 ) 早 已 在 研 究 使 用 这 种
。 ,
4
5
”
) 不 带 外部 调 整 机 构 是 密 封 的 电 源
”
,
,
激光 器 许 多 潜 在 应 用 也 在 快速 增 长 到 目 前 为 止 使 用 增 强 掺 钦 蓝 宝 石 激 光 器 脉 冲周 期 为几 十 至 几 百 飞 秒 数 量 级 的 飞 秒 激 光 的微 细 加 工 的 所有 准 备 工 作 几 乎 都 已 完 成
、 , 。 ,
1 (约 为 2
。
x
2 ’4
x
1创 )
直 接插 到 主 电 源 的 连
,
接 座 上 该激 光器 不需 要 预 热 几 分钟 内 就 能
准 备就 绪 用 于 加 工
IM RA
。
掺 钦蓝
0 利 用 显 微物 镜 ( 1
,
x
,
.
0
5 2
NA
) 能 把样 机
一
宝 石 激 光 系 统 的 主 要 缺 点 在 于 不 能变更 的 庞
平 均 切 割 速 度为
一
0 Zmm /
。
.
打 出图 1 0
、
冲周 期
<
几 十 纳秒 激 光 器 的 使 用 寿命 的 工
,
所 示 的 圆孔 只 须 几 秒 钟
,
作 还 有 待进 一 步 展 开 过 飞 秒 级激 光器
U SA
。
但 其 优 越 性 已 显 著超
n (A n
因 为 C V D 金 刚 石 能 做成 质 量 好 尺 寸 比