飛秒激光技術(shù)正朝著 “更快、更強、更小、更便宜” 的方向發(fā)展:成本降低: 隨著技術(shù)進步和商業(yè)化,正從實驗室走向更廣的工業(yè)應用。功率提升: 向拍瓦級甚至更高功率發(fā)展,用于模擬宇宙極端物理條件。系統(tǒng)集成化: 開發(fā)更緊湊、穩(wěn)定的工業(yè)級飛秒激光器??偠灾?,飛秒激光是一種“更快的激光”,它是一種全新的物質(zhì)相互作用工具。它讓我們能夠以難以置信的精度操縱物質(zhì),并以前所未有的時間分辨率觀察自然界的超快過程,是制造、前沿科學和未來產(chǎn)業(yè)的主要引擎之一。飛秒激光作為超短脈沖激光的典型,具有超短脈寬、超高峰值功率的特點。上海韓國加工飛秒激光加工

實現(xiàn)飛秒激光的主要技術(shù)是 “鎖模技術(shù)”。原理:通過某種方法(如可飽和吸收體)讓激光諧振腔內(nèi)成千上萬個不同縱模的相位鎖定一致,使它們發(fā)生相干疊加,從而產(chǎn)生周期性的超短脈沖序列。典型激光器:摻鈦藍寶石晶體激光器是產(chǎn)生飛秒脈沖的主流介質(zhì)。光纖飛秒激光器因其緊湊、穩(wěn)定也逐漸普及。飛秒激光技術(shù)是人類操控光與物質(zhì)相互作用的體現(xiàn)之一。 它憑借超短的時間尺度和超高的空間精度,打破了傳統(tǒng)加工的物理限制,開啟了 “冷”、“精”、“韌” 的制造新范式。北京韓國技術(shù)飛秒激光精密制造飛秒激光技術(shù)在精密機械、微納電子、微納光學、表面工程、生物醫(yī)學等領域具廣泛的應用。

與傳統(tǒng)的連續(xù)激光或納秒/皮秒脈沖激光相比,飛秒激光的優(yōu)勢在于:幾乎無熱影響區(qū):能量在材料晶格熱化并擴散到周圍區(qū)域之前,作用過程就已結(jié)束。材料直接被“電離-蒸發(fā)”或發(fā)生非線性破壞,沒有熔化、再凝固、微裂紋、熱變形,實現(xiàn)了真正的“冷”加工。極高的加工精度:加工區(qū)域可以突破光學衍射極限,達到亞微米甚至納米級別,因為只有激光焦點中心強度足夠高才能引發(fā)非線性效應??杉庸と魏尾牧希浩錁O高的峰值功率足以打破任何材料的化學鍵(金屬、陶瓷、玻璃、藍寶石、鉆石、聚合物),實現(xiàn)“一法通用”。極少的再鑄層和碎屑:材料主要以等離子體或氣相形式被移除,表面干凈。內(nèi)部三維加工能力:對于透明材料(如玻璃),激光可以無損地穿過,只在焦點處產(chǎn)生破壞,從而實現(xiàn)材料內(nèi)部的任意三維微結(jié)構(gòu)制造。
飛秒激光技術(shù)激光器本身的性能突破平均功率與重復頻率的飆升早期:飛秒激光器多為低重復頻率(kHz量級)、低平均功率(瓦級)的科研儀器。突破:得益于薄片碟片、光纖和InnoSlab等新技術(shù)的成熟,高功率飛秒激光器已成為工業(yè)主流。平均功率從數(shù)十瓦躍升至數(shù)百瓦甚至千瓦級,重復頻率可達MHz(兆赫茲)量級。意義:實現(xiàn)了從“精密雕刻”到“精密制造”的跨越。高重復頻率意味著單位時間內(nèi)更多的有效脈沖,加工效率提升了幾十到上百倍,使得飛秒激光大規(guī)模工業(yè)應用(如面板玻璃切割、新能源電池加工)成為可能。即使飛秒激光鉆的孔在經(jīng)過強度/硬度或熱處理的產(chǎn)品中也可以實現(xiàn)一定質(zhì)量的孔。

飛秒激光技術(shù)脈沖能量與峰值功率的極限挑戰(zhàn)突破:啁啾脈沖放大技術(shù)(CPA,獲2018年諾貝爾物理學獎)是根本性突破。它使飛秒激光的峰值功率達到了 “拍瓦”級(10^15瓦),聚焦后的光強超過太陽中心強度。意義:開啟了強場物理與激光粒子加速等前沿研究,為產(chǎn)生阿秒脈沖、激光核聚變等提供了可能。脈沖寬度向“阿秒”進軍突破:飛秒激光作為驅(qū)動源,通過高次諧波產(chǎn)生等技術(shù),已能穩(wěn)定產(chǎn)生 “阿秒”脈沖(1阿秒=10^-18秒)。意義:開啟了 “阿秒科學” 新紀元,使得直接觀測原子內(nèi)電子的超快運動成為現(xiàn)實,這是人類對微觀世界時間尺度的認知。飛秒激光器屬于脈沖振蕩激光器, 被定位為脈沖寬度約為 100 fs(飛秒)的激光器。微米級飛秒激光微孔
飛秒激光能量傳輸時間極短,加工過程中不會產(chǎn)生熱效應。上海韓國加工飛秒激光加工
這是飛秒激光成熟和廣泛的應用之一。精密微納加工與工業(yè)制造,脆性材料加工:在藍寶石玻璃(手機屏幕、攝像頭保護蓋)、特種玻璃、陶瓷上鉆孔、切割、刻劃。無崩邊、無裂紋,良品率高。金屬微加工:為航空發(fā)動機葉片制作好的的激光誘導周期表面結(jié)構(gòu),降低阻力;制造精密燃油噴嘴微孔;支架切割。透明材料內(nèi)部三維加工:利用其非線性效應,在焦點處發(fā)生作用,可以在透明材料(如玻璃、晶體)內(nèi)部進行選擇性改性、寫入波導、制作微流道、存儲三維數(shù)據(jù)。這是其他激光無法做到的。太陽能電池:用于晶硅太陽能電池的選擇性摻雜和邊緣隔離。上海韓國加工飛秒激光加工