北京半导体飞秒激光抛光

飞秒激光与材料作用机制多光子非线性吸收、“冷”烧蚀，热影响区极小或几乎没有，加工精度亚微米级，边缘锐利，适用材料几乎任何材料（金属、玻璃、陶瓷、塑料、），加工灵活性可进行内部三维加工。飞秒激光凭借其“超快”斩断能量扩散、实现非线性作用的独特能力，已经成为一种颠覆性的工具。它不仅在眼科手术中让数百万患者重获清晰视力，更在工业制造中实现了“无损伤”的微米级加工，同时在科学前沿扮演着“超快”和“极端物理创造者”的角色。 随着技术的普及和成本的降低，其应用范围必将进一步扩大。飞秒激光器的波长为800nm，强度不足以在蓝宝石和石英玻璃等透明材料上引起吸附。北京半导体飞秒激光抛光

这是飞秒激光的优势。近乎无热影响区：原理：飞秒激光将能量在皮秒至飞秒的极短时间内注入材料，远快于材料晶格的热振动周期（约1-10皮秒）。能量被电子吸收后，材料通过等离子体爆式去除，热量来不及向周围扩散。结果：加工区域边缘无熔融、无热致微裂纹、无材料重铸层、无热应力变形。这对于脆性材料（玻璃、蓝宝石）、高熔点材料和精密部件至关重要。极高的加工精度和突破衍射极限：原理：其“冷烧蚀”机制依赖于多光子非线性吸收，这种效应只在激光焦点中心极小的区域，光强超过阈值时才发生。结果：加工区域可以远小于光斑的衍射极限，实现亚微米甚至纳米级的加工精度，切口陡直、光滑。上海超精密飞秒激光超细孔由于飞秒激光器的脉冲持续时间为 ∼100fs（1fs=10-15s），因此在热量传递到材料之前就完成了对激光的暴露。

飞秒激光技术关键技术参数与物理内涵：脉冲宽度：通常在几十到几百飞秒。决定了与物质相互作用的瞬时性。脉冲能量与峰值功率：脉冲能量：单个脉冲携带的能量（微焦到焦耳级）。峰值功率 = 脉冲能量 / 脉冲宽度。可达太瓦至拍瓦，这是产生极端非线性效应的基础。重复频率：每秒钟输出的脉冲个数。从振荡器的MHz（高重频，用于精密加工、成像）到放大器的kHz甚至单次（低重频，用于强场物理）。中心波长与频谱：钛宝石激光器输出近红外（~800nm），也可通过光学参量放大等技术扩展到紫外到中红外波段。

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。飞秒激光钻孔是一种使用高功率相干激光束快速加热材料以产生汽化现象并加工孔的技术。

飞秒激光技术激光器本身的性能突破平均功率与重复频率的飙升早期：飞秒激光器多为低重复频率（kHz量级）、低平均功率（瓦级）的科研仪器。突破：得益于薄片碟片、光纤和InnoSlab等新技术的成熟，高功率飞秒激光器已成为工业主流。平均功率从数十瓦跃升至数百瓦甚至千瓦级，重复频率可达MHz（兆赫兹）量级。意义：实现了从“精密雕刻”到“精密制造”的跨越。高重复频率意味着单位时间内更多的有效脉冲，加工效率提升了几十到上百倍，使得飞秒激光大规模工业应用（如面板玻璃切割、新能源电池加工）成为可能。相对于传统设备，飞秒激光由于脉冲时间极短，被加工物体不会被加热，适合加工30微米以下的高精度小孔。广东高精度飞秒激光微孔

飞秒激光加工是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度，靠光热效应来加工的。北京半导体飞秒激光抛光

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。北京半导体飞秒激光抛光