自1985年啁啾脈沖放大技術(shù)發(fā)明以來，許多研究小組對強(qiáng)飛秒
激光脈沖與物質(zhì)的相互作用進(jìn)行了廣泛的研究。通過這些研究，目前利用
飛秒激光技術(shù)進(jìn)行高
精度材料加工的過程已經(jīng)在工業(yè)界找到了創(chuàng)新性的應(yīng)用機(jī)會。與傳統(tǒng)
激光器相比，飛秒激光材料加工技術(shù)可以顯著減少材料上的熱效應(yīng)。這是因?yàn)轱w秒激光脈沖將能量傳導(dǎo)到材料中所需要的時間比光電
耦合的時間要短，能量還來不及被擴(kuò)散到周圍媒介中，受熱的材料就已經(jīng)被噴射出來了。
*,#T&M7D &vV_,$ 此外，飛秒激光脈沖聚焦后所具有的光強(qiáng)峰值高，因此，它不只可以加工透明材料的表面，也能夠進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)的加工。與傳統(tǒng)
激光加工技術(shù)相比，飛秒激光加工技術(shù)的這些優(yōu)勢為它開拓了廣泛的應(yīng)用前景。
j7v?NY G21cJi* 表面
納米級周期結(jié)構(gòu)的加工
7#9yAS+x( <69Uq8GI 最近的研究指出，利用飛秒激光器來進(jìn)行表面納米級周期結(jié)構(gòu)的加工有助于材料表面的功能化。當(dāng)飛秒激光對材料表面進(jìn)行輻照時，具有亞微米級周期率的納米級周期結(jié)構(gòu)能夠以一種自組裝的方式自動生成。圖1給出了在硅晶圓上所形成的這類結(jié)構(gòu)，而這種結(jié)構(gòu)還可以在
金屬、陶瓷材料、
半導(dǎo)體和玻璃等材料中形成。這項(xiàng)技術(shù)的主要應(yīng)用包括：減小精密滑動零件的摩擦損耗，比如汽車引擎元件；改善涂層的粘結(jié)強(qiáng)度；防止微粒的吸附；控制濕潤性。佳能機(jī)械公司制造并銷售一種飛秒激光表面加工系統(tǒng)——Surfbeat R，它配備了Cyber激光公司的工業(yè)級飛秒激光器IFRIT。
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9 平面顯示器的切割過程
v6* 8CQ+ =N<Z@' c 新一代平面顯示器要求玻璃的切割過程采用加工速度快且質(zhì)量高的
激光技術(shù)。這是因?yàn)槭褂脗鹘y(tǒng)的金剛石刀片切割技術(shù)很難提高產(chǎn)量。使用這項(xiàng)新型玻璃切割技術(shù)時，飛秒激光脈沖被聚焦到玻璃基底的后表面來進(jìn)行刻線。因?yàn)榧す獾拿}寬短，所以激光能量被局域空間的非線性電離過程吸收，從而能夠?qū)ΣＡУ暮蟊砻孢M(jìn)行加工，而不影響前表面。在后表面附近聚焦的飛秒激光脈沖在玻璃基底內(nèi)產(chǎn)生了小孔，這些小孔一直延伸到后表面上。對沿著切割線的小孔進(jìn)行排列，玻璃基底在機(jī)械應(yīng)力或者熱沖力作用下很容易斷開。
m8NKuhu 99u9L) 速度超過400mm/s的高速玻璃切割已經(jīng)在無堿玻璃和硼硅玻璃中得到了成功的實(shí)踐，所使用的是新開發(fā)的重復(fù)頻率為50kHz、功率為5W的飛秒激光器。這項(xiàng)技術(shù)也可以被用于雙層玻璃基底的切割。
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波長式材料加工技術(shù)
<p\i B'y D9-D%R, 對于透明材料的微加工來說，使用深紫外（DUV）飛秒激光比近紅外（NIR）飛秒激光更有利，因?yàn)樵S多透明材料對DUV的吸收很強(qiáng)，而且，飛秒激光所具有的超短脈寬能夠避免不必要的熱效應(yīng)。但是，從基頻光到DUV飛秒激光的轉(zhuǎn)換效率很低，這就給加工速度帶來了限制。最近開發(fā)的雙波長式飛秒激光技術(shù)能夠克服這個困難。該技術(shù)使用了雙脈沖式的飛秒激光，它包括了波長260 nm的DUV預(yù)脈沖和隨后波長為780 nm的NIR主脈沖，該技術(shù)既提高了燒蝕效率，又改善了燒蝕質(zhì)量。260 nm DUV預(yù)脈沖的作用是產(chǎn)生電子—空穴等離子體，以提高材料對于預(yù)脈沖后780 nm NIR主脈沖的吸收率，同時預(yù)脈沖還能夠降低780 nm脈沖相對于作用區(qū)域的透射率。
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