上海超精密飞秒激光蚀刻

飞秒激光是一种脉冲持续时间在飞秒量级的超短脉冲激光。它不是连续的光束，而是一连串能量极高、时间极短的“光针”。属于非线性吸收。在极高的峰值功率密度下，材料同时吸收多个光子，电子被瞬间激发，原子间的键结被直接破坏，材料直接从固态转变为等离子体态并瞬间汽化消散。这个过程发生在皮秒量级，热量根本来不及向周围传导。飞秒激光是一种“更快的激光”，它通过驾驭光在时间维度的极限，为我们打开了一扇全新的大门。并将持续在未来科技中扮演关键角色。飞秒激光可用于微型器件制造、纳米材料加工等方面；在医学领域，飞秒激光可以用于眼科手术，切割角膜组织。上海超精密飞秒激光蚀刻

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。上海超精密飞秒激光蚀刻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。

传统激光加工就像用喷火切割冰块：边缘会融化，形状模糊，周围一滩水。飞秒激光加工就像用极其锋利的超高速手术刀瞬间切除：切口平整光滑，冰块其他部分保持原样，几乎看不到任何融化痕迹。主要应用领域一览工业制造：精密钻孔、切割、表面结构化、微纳器件制造。眼科屈光手术（全飞秒SMILE）、精细外科手术、牙科加工、设备制造。科学研究：超快光谱学、阿秒物理、粒子加速、实验室天体物理。信息技术：光子集成电路制造、数据存储。消费电子：手机摄像头蓝宝石保护镜片切割、OLED显示屏修复。总而言之，飞秒激光的优势是其“时间尺度”上的特性在“空间尺度”上的完美体现。它将激光加工从“热时代”带入了“冷时代”，开启了超精密、超材料、超维度制造的新纪元。

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。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。

飞秒激光技术脉冲能量与峰值功率的极限挑战突破：啁啾脉冲放大技术（CPA，获2018年诺贝尔物理学奖）是根本性突破。它使飞秒激光的峰值功率达到了 “拍瓦”级（10^15瓦），聚焦后的光强超过太阳中心强度。意义：开启了强场物理与激光粒子加速等前沿研究，为产生阿秒脉冲、激光核聚变等提供了可能。脉冲宽度向“阿秒”进军突破：飞秒激光作为驱动源，通过高次谐波产生等技术，已能稳定产生 “阿秒”脉冲（1阿秒=10^-18秒）。意义：开启了 “阿秒科学” 新纪元，使得直接观测原子内电子的超快运动成为现实，这是人类对微观世界时间尺度的认知。秒激光用于加工时，其加工面会非常均匀平滑，毛刺较少甚至无毛刺，脉冲越短，越平滑均匀。广东高效飞秒激光异形孔

飞秒激光尤其适合加工蓝宝石、玻璃、陶瓷等脆性材料和热敏性材料，因此适合于电子产业微细加工行业应用。上海超精密飞秒激光蚀刻

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。上海超精密飞秒激光蚀刻