北京高精度飞秒激光

飞秒(femtosecond)也叫毫微微秒，简称fs，是标衡时间长短的一种计量单位，飞秒激光是人类目前在实验室条件下所能获得至短脉冲的技术手段。飞秒激光在瞬间发出的巨大功率比全世界发电总功率还大，已有所应用，科学家预测飞秒激光将为下世纪新能源的生产发挥重要作用。飞秒激光是一种以脉冲形式运转的激光，持续时间非常短，只有几个飞秒，一飞秒就是10的负15次方秒，也就是1/1000万亿秒，它比利用电子学方法所获得的至短脉冲要短几千倍。这是飞秒激光的一个特点。飞秒激光的第二个特点是具有非常高的瞬时功率，可达到百万亿瓦，比全世界发电总功率还要多出百倍。飞秒激光的第三个特点是，它能聚焦到比头发的直径还要小的空间区域，使电磁场的强度比原子核对其周围电子的作用力还要高数倍。超快激光可以使材料发生多光子吸收，可以突破光学衍射极限进行加工。北京高精度飞秒激光

与传统的连续激光或纳秒/皮秒脉冲激光相比，飞秒激光的优势在于：几乎无热影响区：能量在材料晶格热化并扩散到周围区域之前，作用过程就已结束。材料直接被“电离-蒸发”或发生非线性破坏，没有熔化、再凝固、微裂纹、热变形，实现了真正的“冷”加工。极高的加工精度：加工区域可以突破光学衍射极限，达到亚微米甚至纳米级别，因为只有激光焦点中心强度足够高才能引发非线性效应。可加工任何材料：其极高的峰值功率足以打破任何材料的化学键（金属、陶瓷、玻璃、蓝宝石、钻石、聚合物），实现“一法通用”。极少的再铸层和碎屑：材料主要以等离子体或气相形式被移除，表面干净。内部三维加工能力：对于透明材料（如玻璃），激光可以无损地穿过，只在焦点处产生破坏，从而实现材料内部的任意三维微结构制造。上海工业飞秒激光精密喷嘴在精密机械、微纳电子、微纳光学、表面工程、生物医学等领域具广泛的应用。

飞秒激光的运用，本质上是人类在时间和能量把控能力上的一次飞跃。在产业界，它是实现精度、零损伤加工的利器，正在重塑制造的工艺极限。在科学界，它既是创造极端条件的“引擎”，又是观测快过程的“超高速摄像机”，不断拓展人类认知的边界。在医界，它已成为提升手术安全性与效果的“黄金标准”。从微观的电子运动到宏观的工业制造，飞秒激光的运用正深刻地改变着我们认识世界和改造世界的方式。运用原理回顾：三大特性决定三大方向在理解具体运用前，必须重温其物理基础：“冷”加工：能量在热量扩散前瞬间移除材料 → 用于需要超高精度、零热损伤的场合。“强”加工：极高的峰值功率可击穿任何物质，产生极端条件 → 用于创造新物态、驱动核反应、产生新型光源。“准”测量：脉冲本身是“快的时间标尺” → 用于探测分子、原子、电子层面的超快动态过程。

飞秒激光技术是一项通过“锁模”产生并利用“啁啾脉冲放大”提升能量的方法，创造出持续时间极短、峰值功率极高的光脉冲，并利用其与物质发生的超快、非线性、非热学相互作用，从而实现极限精度的测量、加工与操控的光电系统工程技术。 它不仅是工具，更是推动物理学、化学、工程学前沿探索的“探针”与“利刃”。技术特点总结极限的时间把控：主动操控飞秒量级的光脉冲。极限的空间精度：通过非线性效应，将加工区域限制在焦点体积内，实现亚波长尺度加工。极限的峰值功率：能产生地球上强的光电场，用于研究极端物理条件。材料普适性：通过多光子过程，可处理从金属到透明介质的各类材料。高度的灵活性：脉冲能量、重复频率、波长、脉冲形状均可根据应用进行定制。与一般的MCT钻孔不同，飞秒激光加工具有热处理后易于加工孔的优点。

能量在时间上高度集中：脉冲极短，即使单个脉冲能量不高，其瞬时峰值功率也可轻易达到太瓦（10¹² 瓦）甚至拍瓦（10¹⁵ 瓦）级别，足以击穿任何材料。“冷加工”机制：能量在极短时间内注入，远快于热量向周围材料扩散的时间（通常为皮秒量级）。材料被直接电离成等离子体并瞬间消散，几乎不产生热影响区，避免了熔化、微裂纹和形变。非线性吸收：其极高的光强使得材料同时吸收多个光子，才能发生电离。这种效应具有明确的功率阈值，只在焦点中心极小的体积内发生，实现了突破衍射极限的纳米级精度。宽光谱：超短脉冲意味着极宽的频率带宽，可用于产生超连续谱（白光激光）和精密光谱测量。使用YAG激光器的脉冲持续时间较长，为 ∼20ns（1ns=10-9s），会导致热影响区和激光处理区域周围出现裂纹。广东工业飞秒激光相机模组镜头切割器

由于能量沉积时间极短，因此飞秒激光可以在没有热效应的情况下进行加工。北京高精度飞秒激光

飞秒激光技术优势与面临的挑战优势总结：表较高精度：亚微米至纳米级特征尺寸。表较高质量：无热损伤，边缘质量好。表较大灵活性：3D内部加工，材料普适性强。非接触、无工具磨损。挑战与未来方向：成本：飞秒激光器及配套系统昂贵。效率：虽然单点精度极高，但大面积加工的效率仍是大规模生产的瓶颈。并行加工（如空间光调制器分束）是重要发展方向。工艺复杂性：需要深厚的知识进行参数优化和路径规划。过程监测：开发实时反馈系统，确保加工的一致性和可靠性。北京高精度飞秒激光