脉冲激光烧蚀技术的研究现状及进展概要
激光焊接技术的研究现状及发展趋势
激光焊接技术的研究现状及发展趋势一、本文概述激光焊接技术，作为一种先进的焊接工艺，自诞生以来便在多个领域展现出其独特的优势和应用潜力。
本文旨在全面综述激光焊接技术的研究现状，并探讨其未来的发展趋势。
我们将从激光焊接的基本原理出发，分析其在不同材料、不同工业领域的应用情况，总结当前激光焊接技术面临的挑战与问题，并预测其未来的发展方向。
我们还将关注激光焊接技术的创新点和发展热点，以期为读者提供一个全面、深入、前沿的激光焊接技术全景图。
通过本文的阅读，读者可以了解到激光焊接技术的最新进展，以及未来可能的技术突破和应用拓展，为相关研究和应用提供参考和借鉴。
二、激光焊接技术的研究现状激光焊接技术自诞生以来，便以其独特的优势在工业生产中占据了重要的地位。
作为一种高效、高精度、低热输入的焊接方法，激光焊接已广泛应用于汽车、电子、航空、冶金等多个领域。
目前，激光焊接技术的研究现状主要体现在以下几个方面。
激光焊接的工艺研究已经相当成熟。
研究人员通过不断优化激光功率、焊接速度、保护气体等参数，实现了对焊接过程的精确控制。
同时，针对不同材料的特性，研究人员还开发出了多种激光焊接方法，如脉冲激光焊、连续激光焊、激光填丝焊等，以满足不同行业的需求。
激光焊接设备的研究也在不断进步。
随着激光技术的快速发展，激光焊接设备的功率和稳定性得到了显著提升。
同时，设备的智能化、自动化水平也在不断提高，如机器人激光焊接系统的出现，大大提高了生产效率和质量稳定性。
激光焊接过程中的质量控制和检测技术也是当前研究的热点。
通过在线监测焊接过程中的温度、熔池形态等关键参数，可以实时调整焊接工艺参数，保证焊接质量。
同时，无损检测技术的应用也为激光焊接的质量控制提供了有力支持。
然而，尽管激光焊接技术在许多方面已经取得了显著的成果，但仍存在一些挑战和问题。
例如，对于某些高反射率或高导热性的材料，激光焊接的难度较大。
激光焊接的成本较高，也在一定程度上限制了其应用范围。
液体中脉冲激光烧蚀的作用
液体中脉冲激光烧蚀的作用
脉冲激光烧蚀是一种利用激光能量将材料表面烧蚀的技术。
在液体中使用脉冲激光烧蚀技术，可以实现对液体中的物质进行精确控制和处理。
本文将介绍液体中脉冲激光烧蚀的作用。
液体中脉冲激光烧蚀可以用于制造微型结构。
在液体中使用脉冲激光烧蚀技术，可以通过控制激光的能量和频率，将液体中的物质烧蚀成所需的形状和大小。
这种技术可以用于制造微型管道、微型阀门、微型传感器等微型结构，这些结构在微流控芯片、生物芯片等领域有着广泛的应用。
液体中脉冲激光烧蚀可以用于制造纳米颗粒。
在液体中使用脉冲激光烧蚀技术，可以将液体中的物质烧蚀成纳米颗粒。
这种技术可以用于制造纳米材料、纳米催化剂等，这些材料在能源、环保、生物医学等领域有着广泛的应用。
液体中脉冲激光烧蚀可以用于制造纳米液滴。
在液体中使用脉冲激光烧蚀技术，可以将液体中的物质烧蚀成纳米液滴。
这种技术可以用于制造纳米液滴传感器、纳米液滴药物传递系统等，这些系统在生物医学、环保等领域有着广泛的应用。
液体中脉冲激光烧蚀可以用于制造纳米结构。
在液体中使用脉冲激光烧蚀技术，可以将液体中的物质烧蚀成纳米结构。
这种技术可以用于制造纳米光学器件、纳米电子器件等，这些器件在信息技术、
光电子技术等领域有着广泛的应用。
液体中脉冲激光烧蚀技术具有广泛的应用前景。
随着科技的不断发展，液体中脉冲激光烧蚀技术将会在更多的领域得到应用。
激光烧蚀相关研究
单位代码10476学号1202180110分类号TN249硕士学位论文激光在不同环境下烧蚀铝靶冲量耦合系数研究学科、专业：光学工程研究方向：激光应用申请学位类别：工学硕士申请人：郭荣基指导教师：彭玉峰教授二〇一五年五月STUDY OF THE IMPULSE COUPLINGCOEFFICIENT IN LASER ABLATION OFALUMINUM AT DIFFERENT ENVIRONMENTA Dissertation Submitted tothe Graduate School of Henan Normal University in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering ScienceByGuo RongJiSupervisor: Prof. Peng YufengMay, 2015摘要高能聚焦激光和固体金属铝靶作用，通过烧蚀固体靶材产生等离子体，会使靶材料获得一定动量。
在不同的环境条件下，通过实验研究激光能量密度和靶材料的冲量耦合系数关系，可以分析环境条件对激光烧蚀靶材冲量耦合系数的影响。
在气体环境和液体环境中，激光烧蚀靶材料会呈现不同规律。
本文先从理论上研究了不同环境下激光和靶材作用，对空气和液体中冲击波行为进行模型分析。
接着实验测量不同条件下的激光烧蚀铝靶冲量耦合系数。
实验测量方法为压电传感器测量，传感器为自主设计的铝质探头。
实验分别在气体环境和液体环境两种不同条件下进行。
在气体环境下，研究内容有：（1）研究标准气压下铝靶冲量耦合系数和激光能量密度关系；（2）改变气压，测量相同能量密度下激光冲量耦合系数，研究气压对烧蚀铝靶的影响；（3）改变激光能量密度、研究激光能量密度对烧蚀铝靶面半径的影响。
在液体环境条件下，主要研究内容有：（4）水层厚度一定时，研究激光能量密度对铝靶冲量耦合系数的影响；（5）研究激光在液体中聚焦位置对铝靶冲量耦合系数的影响；（6）变换不同液体介质，研究液体介质性质对铝靶冲量耦合系数影响。
《飞秒激光刻蚀石英玻璃微加工技术研究》
《飞秒激光刻蚀石英玻璃微加工技术研究》一、引言随着微纳制造技术的飞速发展，飞秒激光刻蚀技术在石英玻璃微加工领域的应用日益广泛。
该技术以其高精度、高效率、低损伤等优点，在光学、光电子学、微机械等领域展现出了巨大的应用潜力。
本文将就飞秒激光刻蚀石英玻璃微加工技术的研究现状、原理、实验方法、结果以及展望等方面进行详细介绍。
二、飞秒激光刻蚀技术原理飞秒激光刻蚀技术是一种利用飞秒激光器产生的高能量、高精度的激光脉冲对材料进行微纳加工的技术。
其原理是利用激光的超高能量和超快脉冲宽度，使石英玻璃材料在极短时间内发生非线性吸收、多光子电离等物理过程，从而达到局部快速熔化、汽化、烧蚀的效果，实现材料的高精度微加工。
三、石英玻璃微加工技术研究现状石英玻璃作为一种重要的光学材料，具有优良的物理化学性能和光学性能，广泛应用于光学仪器、光电子器件、传感器等领域。
然而，石英玻璃硬度高、脆性大，传统的机械加工方法难以实现高精度、低损伤的加工。
因此，飞秒激光刻蚀技术在石英玻璃微加工领域的应用成为了研究热点。
目前，国内外学者在飞秒激光刻蚀石英玻璃的加工工艺、加工质量、加工效率等方面进行了大量研究，取得了一系列重要成果。
四、实验方法与步骤1. 实验材料与设备：选用高纯度石英玻璃作为实验材料，采用飞秒激光器作为加工设备。
2. 实验设计：根据实际需求，设计合理的激光参数（如激光脉冲能量、频率、扫描速度等）和加工路径。
3. 实验步骤：将设计好的加工路径导入飞秒激光器控制系统，启动激光器进行加工。
通过观察和记录实验过程中的现象和数据，分析飞秒激光刻蚀石英玻璃的加工特性。
五、实验结果与分析1. 加工质量：飞秒激光刻蚀石英玻璃具有高精度、低损伤的特点，可实现微米级别的加工精度。
通过优化激光参数和加工路径，可以提高加工质量，降低表面粗糙度。
2. 加工效率：飞秒激光刻蚀技术具有高效率的优点，可以在短时间内完成复杂的微纳加工任务。
然而，过高的激光能量可能导致加工速度降低，需根据实际需求合理调整激光参数。
飞秒脉冲激光烧蚀靶材机理的探讨
摘 要： 飞秒脉 冲激光烧蚀靶 材的研 究发现 ， 激光和靶材 的相 互作用不遵 守傅 立叶定律 ， 热烧蚀模 型不再适 用。本文 首
先分析 了 究超短脉 冲激光烧蚀过程 中电子和 离子亚 系统之 间相互作用程度 的双温模 型 ， 出发 ， 研 由此 结合飞秒脉 冲激光
激光和固体相互作用的过程在 ｌＯ ｓ Ｏ ｎ 左右的时间内完 成， 这是一个 复杂和剧烈 的瞬态过程 ， 它与激 光的波
其中 、 为电子及晶格系统 的温度， ｃ 为电 ｃ 子及晶格系统单位体积的比热容 ， 为电子热传导率 ， ｇ 为电子与晶格耦合的特征参数 ， （ ，） Ａ ｔ为与激光脉
冲相对应 的热源项。 以该模型为基础 ，９４年 ， 国学者 Ｊ ． ｕｎ １８ 英 ．Ｇ Ｆｊ 一 ｉ
收稿 日期 ：０ ０— ６— ０ ２１ ０ ２
长、 脉冲宽度、 脉冲能量和 固体的成分、 结构有关 。从
・
５ ・ ４
ｍ ｔ用皮秒与飞秒激光器对铜材 料进行 了确定耦合 ｏ ｏ
特征参数的研究。１８ 年 ， ９７ 美国学者 Ｈ Ｅ Ｅｓｙｄ ． ． ｌ ｅ一 ａ 利用 １０ 及 ３０ｓ ５ｆ ｓ ０ｆ 的激光脉冲研究热量在铜薄片 中的传导 ， 发现了电子与晶格的温度差异 ， 得出电子与 光子的能量传递过程为几个 皮秒的量级 ， 并随着激光 能量的提高而延长。１８ ９ ８年 ， 加拿大学者 Ｐ ．Ｃｒ ．Ｂ ｏ － ｋｍ对 双温模 型进 行 了解 析 求解 ， 与 铜 和 钼烧 蚀 阈 ｕ 并 值的实验值进行比较 ， 认为脉冲间隔小于纳秒量级时 ， 用双温模型可以很好地理解激光脉冲作用于金属时引 起 的损伤 。 对 金属 材料 ，９ ６年 德 国学 者 Ｂ ．Ｃ ｉ ｋｖ用 １９ ．Ｎ ｈｃ ｏ ｈ 钛宝石激光脉 冲烧蚀金 属靶材料研 究。利用 双温方 程， 在不同的激光脉冲间隔内， 约化双温方程 ， 求得解 析解 ， 定量地揭示了飞秒激光烧蚀材料较 长脉冲具有 规则形状 ； 同时， 在脉冲间隔为纳秒量级 时的解析解 ， 揭示了烧蚀率对能流域值 的对数关 系， 关系也适用 该 于半导体材料及聚合物 。 ２０ ０２年，．Ｋ ｈｎ等 ， Ｊ ．Ｃ ｅ 综合 双温模型及热 电子 爆炸模式 ， 在假定单轴应变三维高压条件下 ， 提出一系 列相互关联的瞬时热 弹性变形方程。数值结果表明 ， 在超短脉冲激光烧蚀过程 中， 非熔融态损 伤 占支配地 位， 这种非熔融态损伤主要动力来源于热 电子爆炸力 。 ４ 飞秒 激光烧 蚀靶 材
脉冲激光沉积的原理及应用
脉冲激光沉积的原理及应用1. 前言脉冲激光沉积是一种先进的加工技术，它利用高能脉冲激光束对材料进行瞬间加热和冷却，从而实现材料的沉积和成型。
本文将介绍脉冲激光沉积的原理以及它在不同领域中的应用。
2. 脉冲激光沉积的原理脉冲激光沉积的原理可以简单概括为以下几个步骤：•步骤一：利用适当的铺层方法，将一层金属粉末均匀铺在工作台上。
•步骤二：使用高能脉冲激光束对金属粉末进行瞬间加热，使其表面熔化并融合在一起。
•步骤三：脉冲激光束停止后，融化的金属粉末迅速冷却固化，形成一层固体金属沉积物。
•步骤四：重复以上步骤，逐渐堆积多层金属沉积物，最终形成所需的三维结构。
脉冲激光沉积的原理是利用高能脉冲激光束的瞬间加热和冷却特性，实现金属粉末的快速熔化和固化，以及其在三维空间中的沉积和成型。
3. 脉冲激光沉积的应用脉冲激光沉积技术在众多领域中都有广泛的应用。
以下是一些典型的应用领域。
3.1 高精度制造脉冲激光沉积技术可以实现高精度的制造，特别适用于制造复杂形状的零部件或器件。
例如，在航空航天领域，可以使用脉冲激光沉积技术制造具有复杂内部结构的燃烧室等零部件，以提升发动机的性能和可靠性。
3.2 修复与再制造脉冲激光沉积技术可以用于修复和再制造各种零部件。
通过在损伤或磨损部位进行局部加热和沉积，可以修复或增强零部件的功能。
这在汽车制造、机械制造等行业中具有重要应用价值。
3.3 仿生医学脉冲激光沉积技术可以用于制造仿生医学器件，如人工骨骼、关节和牙齿等。
通过将生物材料与金属粉末混合，脉冲激光沉积技术可以制造出具有高度仿真生物结构和功能的器件，为医学研究和临床治疗提供了新的可能性。
3.4 材料研究脉冲激光沉积技术在材料研究领域中也有广泛的应用。
通过控制脉冲激光的参数和材料粉末的性质，可以制备出具有特殊结构和性能的材料。
这对于研究新型材料的特性和应用具有重要意义。
4. 总结脉冲激光沉积技术是一种先进的加工技术，利用高能脉冲激光束对材料进行瞬间加热和冷却，实现材料的沉积和成型。
脉冲激光沉积pld技术及其应用
脉冲激光沉积pld技术及其应用脉冲激光沉积（PLD）技术及其应用一、简介脉冲激光沉积（pulsed laser deposition，PLD）是一种新型的无接触沉积技术，可以在均匀度、速度和性能等方面显著优于传统的技术。
PLD可以用于制备各种氧化物、碳化物和硫化物薄膜材料，如氧化铟锡、氧化铝、氧化钛、氧化锌、氧化钒和氧化铈等。
它可以在各种条件下用于定向长晶生长以及相变等研究。
此外，还可以用来生产无机复合薄膜及多层结构膜。
PLD技术可以分为单相和复合技术。
单相PLD是将质子束凝聚为很小的脉冲，并将其射入物质中来实现沉积。
复合PLD则是将物质以脉冲的形式从质子束中发射出来，并将其凝聚在某个表面上形成复合膜，从而达到沉积的目的。
二、原理PLD技术主要由激光光源、脉冲控制器和沉积炉组成，其中脉冲激光沉积（PLD）是一种把脉冲激光束从被沉积材料中激出的新型沉积技术，它的有点是同时允许对较高温度的材料，特别是金属，进行沉积。
PLD的原理是通过激光照射材料，使之形成脉冲辐射，然后将辐射辐射到壁上，使原子能被吸收，然后沉积在被沉积材料的表面上，从而形成沉积膜。
三、应用1、用于材料表面改性由于PLD技术可以用于制备各种氧化物、碳化物和硫化物薄膜，因此可以用于材料表面改性。
通过将薄膜材料涂覆在表面上，可以改变表面的光学、电学等性能，从而提高材料的可利用性。
例如，金属钛的PLD硫化膜可以改善钛的耐蚀性，而钛酸锆的PLD碳化膜可以改善钛的耐热性。
2、用于功能型材料的制备PLD技术还可以用于制备功能型材料，如氧化锆基杂化膜、氧化锗基杂化膜、氧化铝基杂化膜、氧化锰基杂化膜和氧化钛基杂化膜等。
这些材料具有独特的光学、电学和力学性能，可以用于电子器件、传感器、高性能涂料和纳米结构等的制备。
3、用于光刻光学元件的制备PLD技术还可以用于光刻光学元件的制备。
这种技术可以生产折射率高的氧化锆膜，从而可以改善光学系统的像散和成像质量。
激光烧蚀-快脉冲放电等离子体光谱技术分析土壤中的Sn
光谱技术记 录的土壤样 品的光谱 。比较 图 ３ ａ 和 ３ ｂ 百 以 （） （）丁
看 出，与传统的 Ｓ － ＩＳ技术 比较 ，采用新 的光谱检 测技术 ＰＬ Ｂ
电极
得到 的谱线强度提 高了很 多［ ３ ａ 的光 谱强度 坐标 （ 图 （） 纵坐 标） 范围是图 ３ ｂ 的 １ １ ］ （ ） ／ ０ 。，显然 Ｌ － Ｐ Ｐ Ａ Ｆ Ｄ Ｓ光谱检 测新 方法 能极 大地增强元 素发射谱线 强度 。
Ｄｏ ｂｅｐ ｌｅＤ ）Ｌ Ｂ ｕ ｌ ｕｓ（ Ｐ 一 ＩＳ技术［ ］ Ｐ Ｌ Ｂ － ５ 。Ｄ － ＩＳ技术 采用 两个 具 有一 定时间间隔 的序列激光 脉冲烧蚀被检测 样品 的表面 ，能
１ 实验装置
１ １ 光 谱 实验 系统 ．
激光烧蚀一 快脉 冲放 电等离 子光谱 实 验系统 在文 献 ［ ｌ １一 １３ ３ 中有详细 的描述 ， 图 １ 如 所示 。 整个实验 系统 主要是 由三
激 光 烧 蚀一 脉 冲 放 电等 离 子体 光 谱 技 术分 析 土壤 中的 Ｓ 快 ｎ
李科学 ， 卫东 周 ， 沈沁梅 ， 郑 毅 ， 李霞芬 ， 钱惠 国， 杰 邵
浙江师范大学信息光学研究所 ， 江 金华 浙 ３ １ ０ ２０４
摘
要
采用一种新发展 中的激光烧蚀一 快脉 冲放 电等离 子体光谱 技术 首次检 测土壤 中 ｓ ｎ元 素的浓度 。与
（ Ｖ ，ｈｉｈ ｏ ｔｇ ） Ｈ ｇ ｖ ｌａ ｅ
们把 ２ Ｏ次激光轰 击所 得 的平均 光谱 定义 为一次 光谱 测 量 ， 图 ３（ ） 采 用 传 统 的 Ｓ － ＩＳ技 术 获 得 的 土 壤 样 品 ａ 是 ＰＬ Ｂ ＧＢ ７ ２ Ｗ０ ４ ９的光谱 ，图 ３ｂ 是 １ Ｖ电压下采用 Ｌ Ｆ Ｄ Ｓ （） １ｋ Ａ－ Ｐ Ｐ
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脉冲激光烧蚀技术的研究现状及进展1 徐兵2，宋仁国 （浙江工业大学机械制造及自动化教育部重点实验室，杭州 310014）
摘要：本文综述了脉冲激光烧蚀技术的原理、特性及研究现状，并对其发展前景进行了展望。 关键词：脉冲激光烧蚀，现状，前景
Research Status and Development of Pulsed Laser Ablation Technology
Xu Bing SONG Ren-Guo (The MOE Key Laboratory of Mechanical Manufacturing and Automation，ZheJiang University of Technology, HongZhou 310014) Abstract: This paper presents a summary on the theory, the properties and the research status of pulsed laser ablation, as well as the prospect of the development of this technology. Keyword: pulsed laser ablation；state；prospect
一、 引言
自1960年第一台激光器问世以来，人们对激光的特性进行了研究，由于激光具有高能量密度、高单色性、高相干性和高方向性等性能，从而使其在各个领域得到了广泛的应用[1-3]。 近20年来，激光制造技术已渗入到诸多高新技术领域和产业中，并开始取代或改造某些传统的加工业。尤其是纳米技术的兴起，人们对其加工技术的要求也愈来愈高。而脉冲激光烧蚀技术(Pulsed laser ablation，PLA)就是一种最近发展起来制备纳米粒子，纳米粉和纳米薄膜的高端技术。正是由于脉冲激光烧蚀技术的重要性和诱人的前景，使其成为当今世界上的研究热点之一[4-8]。
二、脉冲激光烧蚀技术的原理和特性
2.1、脉冲激光烧蚀技术的原理 60年代初，人们就发现了激光与物质的相互作用。而脉冲激光烧蚀技术就是基于此物理基础，它是用一束高能脉冲激光辐射靶材表面,使其表面迅速加热融化蒸发,随后冷却结晶的一种制备材料的技术。其工作原理是将具有很高亮度的激光束经透镜聚焦后，能在焦点附近产生数千度乃至上万度的高温，此高温几乎
1 浙江省自然科学基金青年科技人才培养项目R405031资助及浙江省留学回国基金Z01102001
2 E-mail : xubing198287@msn.com
地址：浙江工业大学研241号信箱 可以融化掉所有的材料。当激光照射到靶材表面时，一部分入射光反射，一部分入射光被吸收，一旦表面吸收的激光能量超过蒸发温度，靶材就会融化蒸发出大量原子、电子和离子，从而在靶材表面形成一个等离子体。等脉冲激光移走后，等离子体会先膨胀后迅速冷却，其中的原子就在靶对面的收集器上凝结起来，如此就能获得所需的薄膜和纳米材料，这就是脉冲激光对靶材的烧蚀全过程。其原理装置示意图如图1所示。
图1 脉冲激光烧蚀原理装置示意图 2.2、脉冲激光烧蚀技术的特性 由于脉冲激光烧蚀技术独特的物理过程，在制备材料方面与其它方技术相比，它具有很优异的特点。而目前，脉冲激光烧蚀技术的主要应用是制备纳米材料。因此，我们就重点介绍一下激光烧蚀制备纳米材料的特性。 在制备纳米粒子(当粒径更小即纳米粉)时，激光烧蚀技术采用无污染的高能激光束作为热源，可以制备实现包括难熔材料在内的多种材料纳米粒子，并且所制得的纳米粒径很小且粒度分布范围很窄。同时在制备过程中很容易控制纳米粉末的化学成分，获得的纳米粉末纯度也很高。其优点是：(1)制备周期短,一般5-15分钟即可形成纳米尺度的金属粒子；(2)实验装置简单,见图1,操作方便,可适用于不同的金属和试剂；(3)激光使靶材发生气化的时间很短,小于10ms,比激光热蒸发快103倍以上,是直接从固态到气态的相变过程；(4)适合制备任何成分固体靶材的纳米粉末,包括金属、陶瓷、高分子材料及复合材料等,尤其是对多元合金或陶瓷粉末,不会因为组元间物理性能的差异导致纳米粉末成分与靶材有很大差别；(5)制备的液相金属纳米粒子非常稳定,可保持长达6个月的时间；(6)金属纳米粒子的尺寸和性质具有很好的重复性；(7)采用Nd : YAG激光,其脉冲峰值功率高,可以把原子或团簇从金属材料上轰击出来,便于人工控制工艺条件来获得不同纳米尺度的金属粒子。 在制备纳米薄膜时，烧蚀技术所表现出的特性如下：(1)靶材广泛,几乎所有的固体、粉末、凝胶等材料都可以作靶材；(2)很适合于绝缘材料制造薄膜；(3)尤其适合于难熔材料制造薄膜；(4)能够沉积质量很高的纳米薄膜；(5)需要的样品少；(6)几乎不需要对靶材进行实验前处理；(7)通过控制实验参数,很容易实现等成分沉积、多晶、单晶薄膜沉积、晶体的定向生长；(8)制备时引入监测、控制和分析装置从而利于研究烧蚀过程的动力学和成膜机制。(9)适用范围广，设备简单，易操作、控制且效率高，灵活性大。 激光烧蚀技术在制备纳米材料方面所具有的优越性是不容质疑的，然而由于它是一种新生技术，同样也存在一些有待解决的问题：(1)对相当多的材料,制备的材料中有熔融小颗粒或靶材碎片,这是在激光引起的爆炸过程中喷溅出来的,这些颗粒的存在大大降低了制备的材料质量,事实上,这是激光烧蚀迫切需要解决的关键问题；(2)限于目前商品激光器的输出能量,尚未有实验证明激光技术用于大面积制备的可行性,但这在理论上是可行的；(3)平均制备速率较慢,对于制备大量的纳米材料就存在着技术上的问题，即烧蚀过程中的分散性问题；(4)鉴于激光烧蚀技术设备的成本和沉积规模,目前它只适用于传感器技术、微电子技术、光学技术等高技术领域及新材料薄膜开发研制。
三、脉冲激光烧蚀技术的研究现状
早在1963年，人们对激光进行镀膜的最初概念就已经形成，到了1965年，就有科学家成功地用激光制备了光学薄膜。然而在80年代初，人们只是用近红外波段激光来制取薄膜，并且发现这与电子束蒸发镀膜很相似，没有多大的优越性。直到1987年后，有关学者发现用脉冲激光沉积的薄膜质量很高，于是脉冲激光烧蚀制备纳米材料技术获得了迅速的发展。迄今为止，按照激光的脉宽来分，脉冲激光烧蚀大致经历了三个阶段：纳秒激光烧蚀、皮秒激光烧蚀和飞秒激光烧蚀。
3.1、纳秒激光烧蚀(Nanosecond laser ablation) 纳秒激光烧蚀是以脉宽为10-9—10-10s的激光作为光源。它是激光烧蚀的初级阶段。早在1987年，Dijkkamp等人就利用纳秒激光烧蚀技术成功的沉积出高质量的高温超导薄膜[9]。而我国也相当重视激光纳米技术的研究，复旦大学吴凌晖教授等人在1994年通过时空分辨发射光谱方法来研究纳秒激光烧蚀钛靶过程产生的等离子体羽，并讨论了钛原子和一价离子密度的时间分布和演化以及激光参数的影响[10]。进入21世纪，有关纳秒激光烧蚀的研究也愈来愈多。2002年，W.Mroz等人通过使用一种脉宽为20纳秒的KrF激光烧蚀铝和镍铝合金来制备金属间的涂层，同时揭示了沉积层的厚度取决于感光底层温度和离子能量以及沉积层的化学计量的结果分析和形态学检查[11]。同年，Alex A. Puretzky等人由原处分光镜的诊断学提出纳秒激光烧蚀合成有关单壁碳纳米电子管的三个重要问题：在烧蚀后各种时间及扩散羽辉体内纳米粒子温度的测定，羽辉体内纳米粒子团聚的监测，单壁碳纳米电子管成长率的测量[12]。最近，由于有机高聚物薄膜的特性受到人们的重视，因此有学者就开始研究制备它的方法。2004年，宋仁国教授等人采用脉宽为10ns的激光烧蚀技术在1,1,3,3-四苯基-1,3-二硅环丁烷（TPDC）单体薄膜表面上沉积了铂、铜、银等各种金属纳米粒子，然后在电炉中进行低温热聚合反应，成功地制备出了新型有机硅聚合物聚二苯基硅亚甲基硅烷（PDPhSM）基纳米复合薄膜。结果表明，铂、铜、银等各种金属纳米粒子能够有效地使TPDC发生聚合反应，且聚合效率与纳米粒子的尺寸、种类等有很强的相关性[13]。
3.2、皮秒激光烧蚀(Picosecond laser ablation) 皮秒激光烧蚀是以脉宽为10-11—10-12s的激光作为光源。随着对激光领域的深入研究，激光脉冲的时域宽度变得越来越短，脉冲激光的损伤阀值是随脉宽下降而明显减少。纳秒激光烧蚀后不久便出现了皮秒激光烧蚀，到了皮秒量级，损伤阀值下降速率变缓且变得更精确。皮秒脉宽之短足以避免能量发生热扩散并到达这些烧蚀临界过程所需要的峰值能量密度，这对制备纳米材料是很有帮助的。1990年，W.Marine等人介绍了通过皮秒Nd:YAG激光器来烧蚀加工非晶硅标靶，并由时空分辨来表征激光诱发等离子体扩充，从而得出所沉积薄膜的结构与活性离子出现有关[14]。1992年，他们测量了皮秒激光烧蚀期间的烧蚀粒子的速率，其实验的结果支持了激光诱发等离子体的库仑扩充机制[15]。1997年，我国中物院的冯杰教授等人给出了准稳态情况下皮秒激光烧蚀碳氢靶的实验结果，并与理论定标关系进行对比[16]。同年，T.V.Kononenoko等在各种大气下(真空、空气和氩气)，使用紫外光、可见光、红外光皮秒和纳秒激光脉冲对陶瓷、钢和铝的化合物进行烧蚀测试，讨论了激光烧蚀过程中的各种波长、脉宽和气氛的特性，尤其是比较了皮秒和纳秒之间的激光烧蚀效率[17]。2003年，Lumera Laser展示了首台具有较高平均功率（10W）、良好的光束质量(M2<1.5)、较低的脉宽(12ps)和较高的脉冲能量输出(100µJ)且频率高达100KHz的激光器Staccato。这类激光足以使任何材料在直径150µm左右的标靶区达到烧蚀临界点，且为以后的皮秒激光烧蚀研究提供了更优异的光源。2004年，N.N.Nedialkov等工作者使用钛：石墨激光在脉宽为0.1ps时研究了铁的激光烧蚀，并与理论进行比较，发现两者有很好的一致性[18]。
3.3、飞秒激光烧蚀(Femtosecond laser ablation) 飞秒激光烧蚀是以脉宽为10-15s的激光作为光源，当激光脉冲的时域宽度被压缩的越来越短时，到了飞秒量级，损伤阀值就基本上不变了，且变得很精确。由于飞秒脉冲激光的超高速和超高强度的特征，使得它在烧蚀过程中有独特的优越性[19]。20世纪90年代初，飞秒激光技术开始应用，同时，一些有关它的研究也相继问世。1999年，M. Weingärtner等人分别将硅(1 0 0)表面暴露在脉宽为8ns和100fs且强度≤3J/cm2和≤0.5J/cm2的激光脉冲，同时通过脉冲光电子显微镜和扫描电子脉冲光干涉显微镜来观察其瞬时进展和最后模式，从而发现脉冲烧蚀的硅模式是有差异的[20]。2000年，Masayuki Okoshi及其同伴通过脉宽为130fs的飞秒激光烧蚀冻结丙酮标靶来沉积类菱形碳薄膜，在室温真空下由Raman光谱等来鉴别此薄膜，并且比较了冻结丙酮、冻结甲醇和石墨标靶中产生的羽辉体[21]。2001年，Kazue Ozono等人利用强烈的飞秒激光(150fs,790nm,1kpps)特点中精确而高速的烧蚀来蚀刻六边形氮化镓，因而得到在烧蚀初期时其蚀刻率小于5nm/pulse，在强度为2.2J/cm2时每秒的蚀刻率为25µm/s，同时还发现飞秒激光蚀刻由于非热烧蚀而保持了烧蚀表面完整性[22]。2002年，K. Venkatakrishnan等人使用了中心波长为400nm，脉宽为150fs及重复率为1kHz的脉冲激光来烧蚀1000nm厚度的金薄膜，同时发现式样在烧蚀期间是以400µm/s的线性速度传输的。并且在此过程中，他们得出了两种烧蚀现象：开口很细而边缘无熔铸材料和出现熔铸材料且边缘受到污染[23]。随着飞秒烧蚀技术愈来愈成熟时，人们也开始关注它所制备材料的一些应用。2003年，F. Garrelie等人就通过飞秒激光烧蚀沉积坚硬而抗磨蚀的类菱形碳薄膜，并研究了其特性和摩擦学应用[24]。2004年，A.S.Loir等人在认识到由飞秒激光烧蚀沉积四面体菱形碳薄膜的特性后，研究了将其应用在髋关节上，并发现此薄膜的特性能很好的满足生物医学的要求[25]。 总之，脉冲激光烧蚀技术的应用是以脉冲激光烧蚀机理及理论研究为基础。