飞秒激光微加工_激光精密加工领域的新前沿
飞秒激光技术在材料加工中的应用
飞秒激光技术在材料加工中的应用飞秒激光技术是目前材料加工领域中最为炙手可热的一项技术。
飞秒激光具有高能量、高速度和高精度等特点，可以实现对材料的微观加工和细节修整，因此在医学、工业、科学研究等领域中有着广泛的应用。
在本文中，我们将会探讨飞秒激光技术在材料加工中的应用及其优点。
一、飞秒激光技术介绍飞秒激光技术是一种利用飞秒脉冲的高能量激光进行加工的新兴技术。
相比于传统激光，飞秒激光的脉冲时间极短，通常为几百飞秒，即1秒钟内脉冲数达到10的15次，这使得飞秒激光可以实现对材料的微观加工和细节修整。
由于飞秒激光具有极高的能量和速度，能够产生极高的温度和压力，使得材料发生蒸发、熔化等现象，进而实现对材料的切割、二次加工等操作。
同时，由于脉冲时间非常短，飞秒激光加工可以有效避免材料的过度加工和热扰动，从而提高了加工的质量和效率。
二、飞秒激光技术在材料加工中的应用1.微处理飞秒激光在微处理领域中有着广泛的应用。
例如，可以利用飞秒激光切割和打孔微型管道和细长管道，这对于微流体方面的研究和应用有着重要的意义。
同时，飞秒激光还可以实现对一些复杂的微器件和微结构的制造，例如微型精密光学器件、微机械器件等。
2. 二次加工由于飞秒激光加工可以实现对材料的微观处理，因此在二次加工方面有着特殊的优势。
例如，飞秒激光可以用于对材料表面的图案化处理、雕刻以及微观结构的制造等，这对于材料的表面功能化和优化等方面应用具有广泛的应用价值。
3. 切割加工飞秒激光在切割加工方面也有着广泛的应用。
传统激光加工往往因为焦点位置的不稳定和束斑大小的变化等问题而导致加工的质量不稳定，而飞秒激光可以有效解决这一问题，实现对材料的高精度切割加工。
三、飞秒激光技术的优点1.高精度飞秒激光可以实现对材料的微观加工和细节修整，具有极高的加工精度。
由于脉冲时间非常短，也可以避免因为加工时间过长而导致的材料变形等问题，进一步提高了加工的精度和质量。
2.高速度在一些大批量制造的加工场合中，飞秒激光技术具有明显的优势。
飞秒激光微加工invivo手术技术
飞秒激光微加工invivo手术技术飞秒激光微加工invivo手术技术，是一种以飞秒激光为基础的微创手术技术。
该技术通过激光器将高能量的飞秒激光束聚焦在非接触的模式下进行微加工，在体内实现高精度、高效率的手术操作。
飞秒激光微加工invivo手术技术在眼科手术、皮肤整形、神经外科等领域有着广泛的应用前景。
飞秒激光微加工invivo手术技术在眼科领域的应用已取得了重要的突破。
传统的眼科手术如准分子激光近视眼手术、角膜屈光手术等需要接触眼球再进行切割，容易导致术后感染、创伤和恢复慢等问题。
而飞秒激光微加工invivo手术技术的出现，使得眼科手术更加安全、精确和快速。
医生可以通过控制激光器在眼球上进行微加工，实现对角膜层进行精细切割、刻蚀和切开。
与传统手术相比，飞秒激光微加工invivo手术技术不需要做皮瓣、刮除角膜等步骤，术后恢复快，更加减少了并发症的风险。
此外，飞秒激光微加工invivo手术技术在皮肤整形领域也有着广泛的应用前景。
传统的皮肤整形手术在手术过程中需要切割皮肤、缝合伤口，术后容易出现瘢痕、疼痛和感染等问题。
而飞秒激光微加工invivo手术技术的出现，使得皮肤整形手术更加精准和安全。
医生可以通过激光器在皮肤表面进行微加工，实现对皮肤的准确切割和组织修复。
由于飞秒激光微加工invivo手术技术不需要切割皮肤，术后不会留下疤痕，术后恢复也更加快速。
此外，飞秒激光微加工invivo手术技术还可以在神经外科领域应用。
传统的神经外科手术需要接触和切割神经组织，操作难度大，容易损伤周围组织。
而飞秒激光微加工invivo手术技术的出现，使得神经外科手术更加精确和安全。
医生可以通过激光器在神经组织上进行微加工，实现对神经组织的准确处理和修复。
由于飞秒激光微加工invivo手术技术不需要直接接触神经组织，术后恢复更迅速，患者的神经功能也能够得到更好的保护。
飞秒激光微加工invivo手术技术的出现为医学领域带来了革命性的突破。
新一代飞秒激光在超精细冷加工中的新应用
达到之前 ，脉冲能量 已经结束沉积 ，即在等离子体 向外膨胀之前 ，飞秒激光的辐射 已经结束 ，这样就
避 免 了等 离子 体 屏蔽 的 出现 ，有 利 于提 高飞 秒 激 光
准分子激光虽然与飞秒激光一样均可以进行表 面微加工 ，但准分子激光加工有其固有的缺陷 ，对 加工对象依据波长对材料有选择性 ，加工处理的材 料 与范 围受限制 （ 这是 由于其加工过程基于材料对
同类 产 品 、技 术 水 平接 近 的 ，可 以合 理 调 整 零部 件
０ ． ５ ％扩 大 至 １ ％，人 民 币 步 入 双 向浮 动 时 代 。这 就
需要特别重视如何规避汇率风险。 当前主要采取包括锁定 汇率和人民币结算等方 式。在锁定汇率 方面 ，远期结售汇成为企业普遍采
用 的方 法 ，客 户 与银 行 约 定 未来 结 汇 或售 汇的 外 汇 币 种 、金 额 、期 限及 汇 率 ，到期 时 按 照该 协 议 办理 结售汇业务。
生产分工 ，形成产业链 ，加大零部件生产批量 ，以 降低成本 ，提高竞争力；或实行强强联合 ，优势互 补 ，提升研发创新能力。如并购企业产品制造技术 先进的 ，要针对不同国家的有关规定 ，采取灵活有 效措施 ，创造条件逐步将先进技术移植到国内企业 生产 的产 品 中 ，以此促 进我 国企业产 品结构 的调 整 ，加快转型升级。
动方式发生变化 ，可以避免线性吸收 、能 量转移及 扩散过程等的影 响，从根本上 改变 了激光 与物质相 互作用的机制 ，使其在处于当今技术前沿的超快激 光精细冷加工方面拥有独特的优势及广泛的应用前 景 。这种具有高精度、超高空 间分辨率及超高广泛
ｓ ａ ｐ ｐ ｈ ｉ ｒ ｅ ）晶体为代表的多种性能的 固体激 光晶体 （ 输 出波长约 为８ ０ ０ ｎ ｍ），为 飞秒激 光 器的固体
飞秒激光加工方法及其在光学器件制造中的应用
一、概述随着科学技术的不断发展，激光技术在各个领域得到了广泛的应用，其中飞秒激光技术作为一种新型的加工方法，具有独特的优势，成为光学器件制造领域的热点研究对象。
本文将对飞秒激光加工方法进行介绍，并探讨其在光学器件制造中的应用。
二、飞秒激光加工方法概述1. 飞秒激光技术的基本原理飞秒激光是一种脉冲宽度在飞秒量级的激光，也称超短脉冲激光。
其基本原理是利用超短脉冲激光束对材料进行非热效应的加工，实现精密加工和微纳加工。
2. 飞秒激光加工的特点飞秒激光加工具有非常高的能量密度和极短的作用时间，可以实现高精度、微细加工，同时减少材料受热影响的区域，大大降低了激光加工的热损伤。
三、飞秒激光加工在光学器件制造中的应用1. 飞秒激光在光学薄膜加工中的应用飞秒激光可以精确控制在光学薄膜上产生微小的缺陷和结构，实现光学薄膜的微加工和修复，提高光学膜的光学性能和稳定性。
2. 飞秒激光在光学元件加工中的应用飞秒激光可以对光学元件进行微纳加工，制备微结构、光栅、微透镜等，实现光学元件的定制加工，提高光学器件的性能和功能。
3. 飞秒激光在光学器件组装中的应用飞秒激光可以实现光学元件的精确定位、组装和固定，提高光学器件的组装精度和稳定性。
四、飞秒激光加工方法的发展趋势飞秒激光加工技术在光学器件制造中的应用前景广阔，其发展趋势主要体现在以下几个方面：1. 飞秒激光加工精度的进一步提高随着飞秒激光技术的不断创新，加工精度将会进一步提高，可以实现超精密、超微观的加工。
2. 飞秒激光加工速度的提升未来飞秒激光技术的发展将致力于提高加工速度，实现高效的微纳加工，满足工业化生产的需求。
3. 飞秒激光加工材料范围的拓展飞秒激光加工技术将会拓展到更多的材料加工领域，包括金属、半导体、陶瓷等，扩大其应用范围。
五、结论飞秒激光加工方法作为一种新型的加工技术，在光学器件制造中具有重要的应用前景。
随着飞秒激光技术的不断发展和创新，相信其在光学器件制造领域将发挥越来越重要的作用，为光学器件制造带来更多的创新和突破。
飞秒激光在激光微加工的应用
激光微细加工具有如下优点： ·高质量 ·单步“干”加工处理 ·高
度灵活性 ·经济效益可观 激光微
激光微激光微
激光微细加工的
加工的加工的
加工的优越性在很大程度上 由应用来决定，同时也依赖
于激光器的选择 和采用的加工方法。激光微
激光微激光微
激光微细加工最吸引人 之处是它所具有的灵活性，能
准分子激光准分子激光
准分子激光器进
行微细加工和表面校 平已获得很好的效果，而另外一些系统，如皮 瓦激光器可能会引起其
他方面应用的关注。 ＵＳＡ）研制的Ｑ开关纤维激光器样机研究激 光微细加工仍存在某些
问题。把这种激光器 叫做皮瓦（Ｐｉｃｏｗａｔｔ）光器，波长为１０６４ｎｍ 线偏振
并 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 冲周期＜几十纳秒激光器的使用寿命的工 作还有待进一步展开，但其优越性已显著超
过飞秒级激光器。利用ＩＭＲＡ公司（ＡｎｎＡｒｂｏｒ Ｍｉｃｈｉｇａｎ 孔的加工质量
非常好。此外，几乎没有发现诸 如用准分子激光
输出光束，光束质量因子Ｍ２＜１．２。这 光机电信息７／２００１ 万方数据 ＯＭＥ Ｉ
ＮＦＯＲＭＡＴｌ０Ｎ Ｎｏ，７。２００ｌ，再加 上它们尺寸小、效率高、运行费用低并
易于 使用，因此这种类型的激光器会在ＣＶＤ金刚 石加工方面特别有用。 用不锈钢样品
做了类似的加工试验，样品的厚度为５０ｍ一７５¨ｍ。样品放在移动速度为１０ｍｍ／ｓ
相关应用。额外，述给：出了用垂纳秒圈体纤雏激光器进行微细加工获得 鲮初涉结果；最
后叙述了席超短脉冲激光器进行激光微
激光微激光微
飞秒激光技术的应用前景
飞秒激光技术的应用前景激光技术从问世至今已经发展了几十年，应用范围涉及到医疗、通讯、材料处理、光学仪器等众多领域。
而其中，飞秒激光技术作为一种新兴的技术，给我们带来了更多的发展前景。
一、飞秒激光技术简介飞秒激光简单地说，就是一种快速的激光技术，其脉冲宽度仅为10-15秒。
在过去，激光技术因为没有很好的纳秒级别的技术支持，无法实现高精度加工，但随着飞秒激光技术的问世，这一瓶颈得以突破。
由于其特殊的技术特点，飞秒激光在工业、科研各领域都有着很大的应用前景。
二、飞秒激光技术在医疗上的应用在医疗领域中，飞秒激光技术可以用于近视矫正手术等眼部手术中。
它的作用是借助高能量短脉冲光，将角膜组织切割，达到改善视力的效果。
由于飞秒激光的加工精度极高，切割角膜时不会对眼睛的内部组织及血管造成任何损伤，因此成功率大，风险也较小。
除了眼部手术，飞秒激光技术还可以用于美容保健。
三、飞秒激光技术在材料加工中的应用在工业加工中，飞秒激光技术同样有着广泛的应用。
用飞秒激光加工工艺加工的材料，表面光洁度能够达到毫米级别。
与以往的加工方法相比，更为优秀。
它可以被用于制造更为细小的微型元器件以及精密装置。
飞秒激光技术不仅可以制造小型零部件，还可以加工极硬高强度的材料，改善原本微弱脆弱的材料。
四、飞秒激光技术在通讯领域的应用飞秒激光技术在通讯技术中也有着很大的应用前景。
它能够制造出高精度的退火、超导等设备，并且还能在寿命不长的器件中使用。
同时，飞秒激光技术还可以用于数据传输。
在数据加密过程中，飞秒激光技术能够用于制作不可破译的加密设备。
此外，飞秒激光技术还可以用于制造纳米计量的光学设备，进一步提升现代通讯技术的效率。
五、结语总体来说，飞秒激光技术的应用前景十分广阔。
如今，工业制造、生物医药、通讯技术、光学仪器等领域都对飞秒激光技术有着越来越多的需求，也将有越来越多的技术实现在这一领域中。
未来，飞秒激光技术将在各领域不断推出新的应用，给人们的生活带来更多的便利和改善。
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。
激光加工发展的趋势
激光加工发展的趋势
激光加工是一种高精度、高效率的加工方式，在各个领域都有广泛的应用。
未来激光加工的发展趋势主要体现在以下几个方面：
1. 高功率激光技术：随着激光器技术的不断发展，高功率激光器的应用越来越广泛。
高功率激光器可以提供更强的能量密度，使得激光加工的速度更快、效率更高，适用于加工更大尺寸、更高强度材料。
2. 光纤激光技术：光纤激光器由于其小巧、灵活、易于集成等特点，在激光加工领域得到了广泛应用。
未来光纤激光技术将继续进一步发展，提高功率、提高光束质量，以满足越来越高的加工要求。
3. 聚焦技术：激光加工的关键在于对激光光束的精确控制和聚焦。
未来将继续改进聚焦技术，提高光束质量，实现更精确、更高效的加工。
4. 激光微加工技术：激光微加工是将激光技术应用于微米尺度的加工领域，可以实现微米级的精确控制和加工。
未来激光微加工技术将进一步发展，应用于微电子、生物医学等领域。
5. 激光成形技术：激光成形技术是一种将激光器作为热源，通过加热、冷却等方式来实现材料的变形和成型。
未来激光成形技术将进一步发展，应用于快速制造、复杂结构等领域。
总体来说，未来激光加工技术将朝着高功率、高效率、高精度、高集成度的方向发展，并在各个领域得到更广泛的应用。
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用时间内电子和晶格分属不同的温度, 需要用双温
模型[ 14, 15 ] 代替经典热动力学模型, 分别求解电子温
度 Te Leabharlann 离子温度 Ti 的演化过程Ce ( T e)
5T e 5t
=
K ¨2 Te -
g( Te -
T i) + A( r, t ) ,
( 1)
Ci
5T 5t
i
=
g (Te -
Ti),
( 2)
本文将首先分析飞秒激光与物质相互作用的机 制, 然后归纳飞秒激光与材料作用产生的结构和性 质变化以及各种飞秒激光微加工方法, 最后介绍飞 秒激光微加工技术在各个领域的应用。
2 飞秒激光与物质相互作用
飞秒激光与金属[ 10] 、半导体、透明绝缘体[ 5] 等 材料作用的机制各不相同。金属材料存在大量的自 由电子, 具有良好的导电性和导热性, 它对可见光和 近红外光均具有吸收作用; 半导体和透明介质原本 不会吸收这一波段的光, 但当飞秒激光的功率密度 足够大时, 便会因多光子电离而产生大量的/ 电子气 体0, 变成类似金属的光吸收体。因此将首先阐释飞 秒激光与金属的作用机制, 然后分析透明介质的光 电离、库仑爆炸和热扩散过程。 2. 1 飞秒激光与金属相互作用
中
国
激
光
34 卷
围大, 加工精度有限; 准分子脉冲激光以其较短的波 长( KrF : 248 nm, A rF: 193 nm) 和脉冲宽度可以实 现微米级尺度的精密加工[ 4] , 但它需要用到腐蚀性 气体, 而且紫外激光对大多数材料不透明, 因而使用 上受到限制。当前, 微制造技术的快速发展向加工 尺度和精度提出了挑战 ) ) ) 需要将加工精度延伸到 亚微米甚至纳米量级[ 5] , 并且实现真正意义上的三 维立体微加工。利用飞秒激光微加工技术有望克服 上述传统激光加工技术所面临的各种困难, 它可以 突破光学微加工方法中由于衍射极限给加工精度带 来的限制, 并有能力直接在透明材料内部加工出真 正的三维微结构。 1. 2 超短激光脉冲技术
的原 理, 重点讨论飞秒激光在三维光子器件集成、微流体芯片制备及其在生化传感 方面的应用 等, 最 后展望了飞 秒
激光微加工领域所面临的机遇和挑战, 指出了未 来的研究方向。
关键词 超快光学; 飞秒激光; 光与物质相互作用; 微加工 ; 集成光学; 双光子聚合; 微流体; 纳米颗粒
中图分类号 TN 249
第 34 卷 第 5 期 2007 年 5 月
中 国激光 CH IN ESE JOU RNA L OF LA SERS
文章编号: 025827025( 2007) 0520595228
Vol. 34, No. 5 May, 2007
综述
飞秒激光微加工: 激光精密加工领域的新前沿
何 飞, 程 亚
( 中国科学院上海光学精密机械研究所强场 激光物理国家重点实验室, 上海 201800)
Abstr act Femtoseond laser micr omachining enables fabrication of true thr ee2 dimensional ( 3D) m icrostr uctur es with high precision and low heat effect and damage threshold, showing unique advantages over the tr aditional laser micromachining technology. We f irst r eview the hist or ies of laser micropr ocessing and ult ra2short pulse laser technology, and then outline the mechanisms of the inter act ions of ultr a2short laser pulse with met als and transpar ent media. Next, we intr oduce several major technical appr oaches in the field of femtosecond laser micromachining such as femtosecond laser direct writing, mult i2beam inter ference and projection patterning, as well as their applications in fabr ication of 3D int egrat ed opt ical devices, micr ofluidic chips, and chemical and biological sensor s, etc. Lastly, we highlight the opport unities and challenges in the field, and suggest some dir ections for the future r esear ch. Key words ult rafast optics; femtosecond laser ; light2matter interaction; m icromachining; integr ated optics, two photon polymer ization; microfluidics; nanopar ticles
59 6
提高到毫焦量级, 重复频率也达到千赫兹量级。啁 啾脉冲放大技术( 图 2) 的基本原理是在脉冲放大之 前在时域上对其展宽, 以避免非线性效应或晶体损 伤, 然后将脉冲能量放大, 最后利用光学元件( 棱镜、 光栅) 对脉宽再压缩。 1. 3 飞秒激光应用于微加工领域
飞秒激光脉冲具有极短的脉冲宽度和极高的峰 值功率, 与物质相互作用时呈现强烈的非线性效应, 它主要依靠多光子吸收机制来加工一些长脉冲激光 无法作用的透明材料。飞秒脉冲作用时间极短, 热 效应小( 几乎可以忽略) [ 9] , 因而可以大大提高加工 精度。近红外区的飞秒激光又能避免紫外激光对大 多数材料不透明的缺点, 它可以深入透明材料内部 在介观尺度上实现真正意义上的三维立体微加工。
1引言
1. 1 激光加工技术简介 自 1960 年第一台红宝石激光器[ 1] 问世以来, 人
们就开始进行激光 与材料相互作 用的研究。经过 40 多年的发展, 为了满足不同的需要, 各种 激光器 应运而生并被广泛应用于工业加工和医疗领域[ 2] 。 激光波长覆盖几乎红外到极紫外波段, 脉冲宽度也
减小到几个光周期[ 3] 。
持低温, 具有强电子2声子耦合作用的金属如 F e 的
弛豫 时 间 ( 电 子 与 晶 格 碰 撞 加 热 的 时 间) Sep =
0. 5 ps, 其他弱电子2声子耦合作用的金属弛豫时间
则更长, 如 A l 和 Cu 的弛豫时间比 Fe 高 1~ 2 个量 级[ 13] 。飞秒激光的脉冲宽度远小于弛豫时间, 在作
收稿日期: 2007203230; 收到修改稿 日期: 2007204224 作者简介: 何 飞( 1984) ) , 男, 湖北人, 硕士研究生, 主要从事飞秒激光材料微加工方面的研究。E2mail: hef@ siom. ac. cn 导师简介: 程 亚( 1971 ) ) , 男, 上海人, 研究员, 长期从事飞秒激光与物质相互作用的基 础与应用研究。 E2mail: ycheng245277@ hotmail. com ( 通信作者)
图 1 超短激 光脉冲发展趋势[5] F ig. 1 Revolution towards ultrashor t laser pulses[5]
图 2 啁啾脉 冲放大技术示意图 Fig. 2 Schematic of chir ped pulse am plification technique
20 世纪 90 年代, 全固态激光器逐渐取 代复杂 的染料激光器而占领市场( 图 1) 。固态飞秒振荡器 的突破与基于克尔效应自锁模技术的掺钛蓝宝石激 光器[ 7] 的发展是分不开的, 它利用增益介质的自聚 焦效应和光阑的损耗调制作用来压缩脉宽。伴随啁 啾脉冲放大技术[ 8] 的发展, 单脉冲能量从纳焦量级
激光加工可以克服其他加工技术的一些缺点, 如需要接触式加工( 如传统机械加工) 、昂贵的真空 设备( X 射线、电子束、离子束加工等) 、无法加工致 密材料( 粒子束加工) 和非平版样品( 平版刻蚀技术) 等[ 2 ] , 在工业加工领域备受青睐。连续和长脉冲激 光主要依靠聚焦产生的高温来烧蚀材料, 热扩散范
更精确的模型表明, 强激光与金属作用时自由 电子瞬时被加热, 高温电子通过碰撞将能量传递给 其他低温 的 粒子。电子2电 子 的能 量 传递 时 间在 100 fs量级, 在这段时间热电子甚至能 将能量传递 到非激光作用区[ 12] 。约100 fs时金属的晶格仍然保
5期
何 飞 等: 飞秒激光微加工: 激光精密加工领域的新前沿
文献标识码 A
Femtosecond Laser Micromachining: Frontier in Laser Precision Micromachining
H E Fei, CH ENG Ya
( Sta te Key Labor a tory of H igh F ield Laser P hysics, S ha ng ha i I nstitute of Op tics and F ine Mecha nics, T he Chinese Academy of S ciences, Sha ng ha i 201800, China)