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。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。北京超精密飞秒激光COF Bonding Tool

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。上海高精度飞秒激光覆膜贴合工具飞秒激光是指时域脉冲宽度在飞秒(10-15秒)量级的激光,在时间分辨率上属于超快激光(ultra-fast laser)。

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。
飞秒激光技术这是一种利用超短脉冲(飞秒量级)激光进行加工、测量的前沿技术。由于作用时间远小于材料中热扩散的时间(皮秒量级),能量在被加工材料吸收后,还来不及通过热传导影响周围区域,材料就已通过直接电离(多光子吸收/隧道电离) 被去除或改性。这被称为 “冷加工” 或 “无热加工”。脉冲能量除以脉冲宽度。由于脉冲极短,即使单脉冲能量为毫焦耳级别,其峰值功率也可轻松达到太瓦(10¹² 瓦)甚至拍瓦(10¹⁵ 瓦),相当于全球电网功率的瞬时聚焦。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。

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。相对于传统激光加工设备,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微米以下的小孔。北京超快飞秒激光镜头夹持器
相对于传统激光加工设备,飞秒激光由于脉冲时间短,被加工物不会被加热,适合加工30微米以下的高精度小孔。北京超精密飞秒激光COF Bonding Tool
基于“冷加工”特性,飞秒激光展现出以下强大优势:4. 独特的三维内部加工能力对于透明材料,飞秒激光可以精确地将能量聚焦在材料内部任意一点,只在该焦点处产生非线性吸收和改性,而不会损伤表面和传输路径。这是其他任何加工技术都无法比拟的。应用:制造三维光存储器件、微流控芯片、光子器件。5. 可控的加工深度与小损伤阈值通过精确脉冲能量,可以实现 “阈值加工” 。只有能量密度超过阈值的焦点中心区域才会被去除,能量略低的周围区域完好无损。这使得加工过程可控性极强,重复性高。6. 极好的脉冲一致性飞秒激光通常由锁模技术产生,脉冲序列具有极好的时域和空域稳定性。应用:在基础科研中作为超快探测的“闪光灯”,用于研究化学反应的过渡态、电子的超快动力学等。北京超精密飞秒激光COF Bonding Tool