这是飞秒激光成熟和广泛的应用之一。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高效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。飞秒激光作为超短脉冲激光的典型,具有超短脉宽、超高峰值功率的特点。北京代工飞秒激光加工

飞秒激光的强大能力源于其极短的脉冲时间和极高的峰值功率。超高峰值功率:虽然单个脉冲的能量可能不高(毫焦耳量级),但由于能量被压缩在极短的时间内释放,其瞬时功率(峰值功率)可以轻松达到太瓦(10¹² 瓦)甚至拍瓦(10¹⁵ 瓦),相当于全球电网总功率的数百倍。超快相互作用:脉冲作用时间远小于材料中能量扩散(热传导、等离子体扩散等)所需的时间(皮秒-纳秒量级)。非线性效应主导:极高的光强使得激光与物质的相互作用从常见的线性吸收(如热效应)转变为多光子吸收、隧道电离等非线性过程。高精密飞秒激光MLCC轮刀飞秒激光脉冲与材料相互作用时间在一个非常短的时间(飞秒量级),因此可以实现材料的冷加工。

飞秒激光的优势:精细的非线性相互作用 — “三维空间选择性”原理:极高的峰值功率密度,使激光与物质的相互作用主要依赖于多光子吸收等非线性效应。这种效应只发生在激光焦点处光强极高的极小体积内,而在光束路径的其他区域(即使聚焦于透明材料内部)几乎不发生作用。直接结果:真正的三维微纳加工:可以像3D打印机一样,在透明材料(如玻璃、光刻胶)的内部任意位置进行写入、改性或制造复杂三维结构(如光子晶体、微流控芯片)。突破衍射极限:通过精确能量,可以使加工区域小于光斑的衍射极限,实现纳米尺度的特征。完美的层析能力:在成像(如多光子显微镜)中,可以只激发焦点处的荧光,实现高分辨率、高对比度的深层三维成像,且对样本无光损伤。
飞秒激光与双光子显微成像的结合,完美诠释了“工具驱动科学发现”。飞秒激光提供了实现非线性双光子激发所需的可行光源。双光子显微镜则利用飞秒激光的特性,将无损、深层、动态、三维的观测能力提升到了一个前所未有的高度。它让我们得以在动物的自然生理状态下,以前所未有的时空分辨率,亲眼“观看”生命活动的微观动态画卷,从单个神经元的放电到胚胎的发育成型,极大地推动了我们对生命复杂过程的理解。这一技术组合至今仍是医学成像领域活跃、发展快的方向之一。飞秒激光主要应用领域集中在脆性材料加工,诸如手机LCD屏异形切割、手机摄像头蓝宝石盖板切割等。

飞秒激光技术正朝着 “更快、更强、更小、更便宜” 的方向发展:成本降低: 随着技术进步和商业化,正从实验室走向更广的工业应用。功率提升: 向拍瓦级甚至更高功率发展,用于模拟宇宙极端物理条件。系统集成化: 开发更紧凑、稳定的工业级飞秒激光器。总而言之,飞秒激光是一种“更快的激光”,它是一种全新的物质相互作用工具。它让我们能够以难以置信的精度操纵物质,并以前所未有的时间分辨率观察自然界的超快过程,是制造、前沿科学和未来产业的主要引擎之一。飞秒激光可以用于各种材料的微细加工,包括金属、陶瓷、聚合物和复合材料等。北京韩国加工飞秒激光覆膜贴合工具
飞秒激光器属于脉冲振荡激光器, 被定位为脉冲宽度约为 100 fs(飞秒)的激光器。北京代工飞秒激光加工
飞秒激光与材料相互作用的机理,与长脉冲或连续激光有本质区别:1.能量沉积极快(远快于热扩散):传统激光(纳秒、微秒级):激光能量首先加热电子,电子通过碰撞将能量传递给晶格(原子),引起熔化、蒸发和热影响区。这是一个热加工过程。飞秒激光:脉冲持续时间远小于电子将能量传递给晶格的时间(~1皮秒到10皮秒)。能量被电子瞬间吸收,但晶格还来不及响应。电子温度急剧升高,通过库仑爆破等方式直接将材料电离、剥离,几乎不产生热效应。这被称为 “冷加工” 。2.多光子吸收与非线性效应:飞秒激光的超高峰值功率,使得材料能同时吸收多个光子,激发到高能态,从而可以加工对激光波长原本透明的材料(如玻璃、蓝宝石)。3.明确的烧蚀阈值:只有当激光强度超过某个精确的阈值时,材料才会被去除。这使得加工精度可以突破衍射极限,实现亚微米级别的精密加工。结果:几乎无热影响区、无熔融、无微裂纹、无材料溅射,实现了真正的“冷”精密去除。北京代工飞秒激光加工