这是飞秒激光成熟和广泛的应用之一。精密微纳加工与工业制造,脆性材料加工:在蓝宝石玻璃(手机屏幕、摄像头保护盖)、特种玻璃、陶瓷上钻孔、切割、刻划。无崩边、无裂纹,良品率高。金属微加工:为航空发动机叶片制作好的的激光诱导周期表面结构,降低阻力;制造精密燃油喷嘴微孔;支架切割。透明材料内部三维加工:利用其非线性效应,在焦点处发生作用,可以在透明材料(如玻璃、晶体)内部进行选择性改性、写入波导、制作微流道、存储三维数据。这是其他激光无法做到的。太阳能电池:用于晶硅太阳能电池的选择性掺杂和边缘隔离。由于超快皮秒激光切割机具有低热、冷熔、高精度的特点,在不锈钢、铝、玻璃等材料中具有很大应用潜力。北京飞秒激光分度盘

飞秒激光技术几乎无限的材料普适性可加工材料清单几乎不受限:金属、合金、半导体、聚合物、陶瓷、玻璃、晶体、钻石。只需调整激光参数(能量、脉冲数、波长),即可找到合适的加工窗口。精密加工中的关键工艺参数为了实现比较好加工效果,必须精确:脉冲能量:决定单次烧蚀的强度和深度。重复频率:决定加工速度和热积累程度(高重复频率下仍需注意热管理)。脉冲持续时间:更短的脉宽通常意味着更小的热影响。扫描速度与策略:影响加工效率和表面质量。光束质量与聚焦系统:决定小的可加工特征和加工精度。环境:有时需要在真空或特定气体中进行,以避免等离子体效应或氧化。上海自动化飞秒激光研磨飞秒,是一种时间单位,等于10-15秒,即1/1,000,000,000,000,000秒。

传统激光加工(纳秒、微秒激光)主要依靠“热加工”:激光能量被材料吸收,转化为热量,通过热传导使材料熔化、蒸发。这不可避免地带来热影响区、熔渣、微裂纹和热应力。飞秒激光加工的本质是“冷”加工或“非热”加工,其原理基于“多光子吸收/非线性电离”和“超快能量沉积”:能量沉积快于热扩散:飞秒脉冲的持续时间(~100fs)远小于材料中电子-晶格能量传递的时间(皮秒量级)。能量在极短时间内注入电子系统,电子被直接激发或电离,形成高温高密度的等离子体。材料直接被“静电炸飞”:受激的电子来不及将能量传递给周围的晶格,材料通过库仑、直接升华等非热过程被移除。热量“来不及”传导:脉冲已经结束,周围材料仍处于冷态。
飞秒激光技术它从根本上改变了光与物质相互作用的方式,实现了从“热加工”到“冷加工”的跨越。从让你清晰视界的眼科手术,到驱动未来计算的集成光芯片,再到探索物质基本运动规律的科学工具,飞秒激光正以其无可比拟的精度和灵活性,深度塑造着现代科技与工业的格局。飞秒激光是一种超短脉冲激光。“飞秒”是时间单位,1飞秒 = 10⁻¹⁵ 秒(千万亿分之一秒)。作为对比,一飞秒与一秒的比值,大约相当于一秒与3170万年的比值。飞秒激光的超短脉冲特性,使其能量在材料热扩散之前就已结束作用,实现 “冷加工” 。飞秒激光钻孔技术可被运用于核聚变上,核聚变中的点火靶球具有充气微孔,需求高精度及数量多来控制精确度。

飞秒激光开启了“无刀手术”时代。眼科手术(:LASIK手术(飞秒激光制瓣):替代传统的机械角膜刀,制作更好、更平滑的角膜瓣,安全性更高。全飞秒SMILE手术:直接在角膜基质层内进行透镜状切割,然后通过微切口取出,实现了真正的“微创”。白内障手术(飞秒激光辅助):用于精确制作角膜切口、撕裂囊和前囊膜切开、预劈核,大幅提高手术的可预测性。细胞与神经科学:双光子显微成像:利用飞秒激光进行深层的高分辨率、无损伤三维成像。光镊与细胞手术:操纵细胞、细胞器,甚至进行细胞内手术。外科手术:可用于极精密的切割,出血少,愈合快。飞秒激光加工技术可对PCD、PCBN、陶瓷、硬质合金、不锈钢、热处理钢、钼等各种材质的产品进行细孔加工。北京高精度飞秒激光加工
激光钻孔是一种非接触式孔加工工艺,使用高度集中的光束在从金属到非金属和聚合物等各种材料上钻孔。北京飞秒激光分度盘
基于“冷加工”特性,飞秒激光展现出以下强大优势:1. 极高的加工精度与分辨率可以突破光学衍射极限,实现亚微米甚至纳米级的加工精度。加工边缘极其光滑、无毛刺,侧壁垂直度好。应用:用于切割蓝宝石、超硬材料,雕刻微纳结构,制作光子晶体、光波导等。2. 极小的热影响区对加工点周围的材料几乎无热损伤,没有微裂纹、熔渣和热应力。这对于脆性材料(玻璃、陶瓷、半导体)、热敏感材料(如聚合物薄膜)的加工至关重要。应用:眼科手术(LASIK)、透明材料内部三维雕刻、太阳能电池板划线、微电子器件的精细修复。3.材料普适性由于依靠多光子非线性吸收,其加工不依赖于材料的线性吸收特性。可以对任何材料进行加工,包括透明材料(如玻璃内部)、高反射材料(金、铜)、超硬材料(金刚石)等,而这些材料用传统激光很难甚至无法处理。应用:在钻石上打微孔、在心脏支架上切割复杂图案、对透明导电膜进行图案化。北京飞秒激光分度盘