上海飛秒激光加工

飛秒激光開啟了“無刀手術(shù)”時代。眼科手術(shù)（：LASIK手術(shù)（飛秒激光制瓣）：替代傳統(tǒng)的機(jī)械角膜刀，制作更好、更平滑的角膜瓣，安全性更高。全飛秒SMILE手術(shù)：直接在角膜基質(zhì)層內(nèi)進(jìn)行透鏡狀切割，然后通過微切口取出，實(shí)現(xiàn)了真正的“微創(chuàng)”。白內(nèi)障手術(shù)（飛秒激光輔助）：用于精確制作角膜切口、撕裂囊和前囊膜切開、預(yù)劈核，大幅提高手術(shù)的可預(yù)測性。細(xì)胞與神經(jīng)科學(xué)：雙光子顯微成像：利用飛秒激光進(jìn)行深層的高分辨率、無損傷三維成像。光鑷與細(xì)胞手術(shù)：操縱細(xì)胞、細(xì)胞器，甚至進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)手術(shù)。外科手術(shù)：可用于極精密的切割，出血少，愈合快。相對于傳統(tǒng)激光加工設(shè)備，飛秒激光由于脈沖時間極短，被加工物體不會被加熱，適合加工30微米以下的小孔。上海飛秒激光加工

飛秒激光技術(shù)優(yōu)勢與面臨的挑戰(zhàn)優(yōu)勢總結(jié)：表較高精度：亞微米至納米級特征尺寸。表較高質(zhì)量：無熱損傷，邊緣質(zhì)量好。表較大靈活性：3D內(nèi)部加工，材料普適性強(qiáng)。非接觸、無工具磨損。挑戰(zhàn)與未來方向：成本：飛秒激光器及配套系統(tǒng)昂貴。效率：雖然單點(diǎn)精度極高，但大面積加工的效率仍是大規(guī)模生產(chǎn)的瓶頸。并行加工（如空間光調(diào)制器分束）是重要發(fā)展方向。工藝復(fù)雜性：需要深厚的知識進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化和路徑規(guī)劃。過程監(jiān)測：開發(fā)實(shí)時反饋系統(tǒng)，確保加工的一致性和可靠性。北京高效飛秒激光異形孔飛秒激光微細(xì)加工的適配范圍是 0.5-25 微米，除了半導(dǎo)體和光學(xué)產(chǎn)品等工業(yè)應(yīng)用外，生物研究加工方面也有應(yīng)用。

飛秒激光技術(shù)它從根本上改變了光與物質(zhì)相互作用的方式，實(shí)現(xiàn)了從“熱加工”到“冷加工”的跨越。從讓你清晰視界的眼科手術(shù)，到驅(qū)動未來計算的集成光芯片，再到探索物質(zhì)基本運(yùn)動規(guī)律的科學(xué)工具，飛秒激光正以其無可比擬的精度和靈活性，深度塑造著現(xiàn)代科技與工業(yè)的格局。飛秒激光是一種超短脈沖激光。“飛秒”是時間單位，1飛秒 = 10?1? 秒（千萬億分之一秒）。作為對比，一飛秒與一秒的比值，大約相當(dāng)于一秒與3170萬年的比值。飛秒激光的超短脈沖特性，使其能量在材料熱擴(kuò)散之前就已結(jié)束作用，實(shí)現(xiàn) “冷加工” 。

傳統(tǒng)激光加工（納秒、微秒激光）主要依靠“熱加工”：激光能量被材料吸收，轉(zhuǎn)化為熱量，通過熱傳導(dǎo)使材料熔化、蒸發(fā)。這不可避免地帶來熱影響區(qū)、熔渣、微裂紋和熱應(yīng)力。飛秒激光加工的本質(zhì)是“冷”加工或“非熱”加工，其原理基于“多光子吸收/非線性電離”和“超快能量沉積”：能量沉積快于熱擴(kuò)散：飛秒脈沖的持續(xù)時間（~100fs）遠(yuǎn)小于材料中電子-晶格能量傳遞的時間（皮秒量級）。能量在極短時間內(nèi)注入電子系統(tǒng)，電子被直接激發(fā)或電離，形成高溫高密度的等離子體。材料直接被“靜電炸飛”：受激的電子來不及將能量傳遞給周圍的晶格，材料通過庫侖、直接升華等非熱過程被移除。熱量“來不及”傳導(dǎo)：脈沖已經(jīng)結(jié)束，周圍材料仍處于冷態(tài)。超快皮秒激光切割熱效應(yīng)幾乎可以忽略，加工效果更理想。同時，工作時間短，精度高，加工速度快。

傳統(tǒng)激光（納秒、微秒脈沖）依靠“熱積累”：激光能量被材料吸收，轉(zhuǎn)化為熱量，通過熱傳導(dǎo)熔化、蒸發(fā)材料。這個過程不可避免地會產(chǎn)生熱影響區(qū)，包括熔融殘留、微裂紋、熱應(yīng)力變形和材料性質(zhì)改變。飛秒激光則依靠“非線性冷燒蝕”：時間極短（飛秒量級）：激光脈沖作用時間遠(yuǎn)小于材料中能量轉(zhuǎn)移到晶格（即轉(zhuǎn)化為熱）所需的時間（皮秒量級）。強(qiáng)度極高：超高功率密度直接導(dǎo)致材料發(fā)生多光子吸收/隧道電離，電子被瞬間剝離，形成高度電離的等離子體。等離子體膨脹與消散：等離子體在極短時間內(nèi)迅速膨脹并消散，帶走了絕大部分能量，未來得及將能量傳遞給周圍材料。結(jié)果：材料直接被“移走”，實(shí)現(xiàn)“冷加工”。加工邊緣清晰、無熔渣、無熱損傷層，基本保持了材料的原始性質(zhì)。飛秒激光器及激光加工設(shè)備已經(jīng)在消費(fèi)電子觸摸屏模組生產(chǎn)、半導(dǎo)體晶圓劃片等3C制造領(lǐng)域嶄露頭角。上海飛秒激光超細(xì)孔

飛秒激光加工在藍(lán)寶石加工、曲面玻璃和陶瓷生產(chǎn)等領(lǐng)域展現(xiàn)出全新的應(yīng)用前景。上海飛秒激光加工

飛秒激光與材料相互作用的機(jī)理，與長脈沖或連續(xù)激光有本質(zhì)區(qū)別：1.能量沉積極快（遠(yuǎn)快于熱擴(kuò)散）：傳統(tǒng)激光（納秒、微秒級）：激光能量首先加熱電子，電子通過碰撞將能量傳遞給晶格（原子），引起熔化、蒸發(fā)和熱影響區(qū)。這是一個熱加工過程。飛秒激光：脈沖持續(xù)時間遠(yuǎn)小于電子將能量傳遞給晶格的時間（~1皮秒到10皮秒）。能量被電子瞬間吸收，但晶格還來不及響應(yīng)。電子溫度急劇升高，通過庫侖爆破等方式直接將材料電離、剝離，幾乎不產(chǎn)生熱效應(yīng)。這被稱為 “冷加工” 。2.多光子吸收與非線性效應(yīng)：飛秒激光的超高峰值功率，使得材料能同時吸收多個光子，激發(fā)到高能態(tài)，從而可以加工對激光波長原本透明的材料（如玻璃、藍(lán)寶石）。3.明確的燒蝕閾值：只有當(dāng)激光強(qiáng)度超過某個精確的閾值時，材料才會被去除。這使得加工精度可以突破衍射極限，實(shí)現(xiàn)亞微米級別的精密加工。結(jié)果：幾乎無熱影響區(qū)、無熔融、無微裂紋、無材料濺射，實(shí)現(xiàn)了真正的“冷”精密去除。上海飛秒激光加工