北京工业飞秒激光小孔

飞秒激光在精密加工中的独特能力与应用，超越衍射极限的“超衍射”加工原理：利用多光子吸收的非线性特性，加工阈值非常陡峭，只有焦点中心强度好的区域才会发生改性，加工尺寸可以突破光学衍射极限，达到亚波长甚至纳米级别。应用：微光学元件：制作衍射光学元件、微透镜阵列、波导结构。防伪与装饰：在材料内部或表面制作亚微米结构，产生结构色或特殊光学效果。光子器件：直接在光学材料内部刻写光栅、耦合器。真正的三维（3D）内部加工原理：对于透明材料（如玻璃、透明聚合物），飞秒激光只有在焦点处才能达到足够高的强度引发非线性吸收，从而可以选择性地在材料内部任意位置进行改性，而表面和路径上的材料不受影响。应用：微流控芯片：在玻璃或塑料内部直接雕刻出复杂的三维微通道网络。光数据存储：在玻璃内部写入多层、高密度的数据点，实现“5D存储”。集成光学：在透明基板内部制造三维光波导、分束器、干涉仪。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。北京工业飞秒激光小孔

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。北京工业飞秒激光小孔飞秒激光加工的特点 · (1) 能量传输时间极短，加工过程中不会产生热效应 。

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。

飞秒激光技术几乎无限的材料普适性可加工材料清单几乎不受限：金属、合金、半导体、聚合物、陶瓷、玻璃、晶体、钻石。只需调整激光参数（能量、脉冲数、波长），即可找到合适的加工窗口。精密加工中的关键工艺参数为了实现比较好加工效果，必须精确：脉冲能量：决定单次烧蚀的强度和深度。重复频率：决定加工速度和热积累程度（高重复频率下仍需注意热管理）。脉冲持续时间：更短的脉宽通常意味着更小的热影响。扫描速度与策略：影响加工效率和表面质量。光束质量与聚焦系统：决定小的可加工特征和加工精度。环境：有时需要在真空或特定气体中进行，以避免等离子体效应或氧化。即使飞秒激光钻的孔在经过强度/硬度或热处理的产品中也可以实现一定质量的孔。

为什么必须是飞秒激光？要理解这一点，需要先明白双光子激发的原理：传统荧光显微镜（单光子激发）：一个荧光分子吸收一个高能量（短波长，如紫外或蓝光）光子，从基态跃迁到激发态。问题：激发光能量高，对细胞光毒性强；激发光在整个光路上都能激发荧光，导致背景噪声高。双光子激发：一个荧光分子同时吸收两个低能量（长波长，如近红外光）光子，跃迁到与单光子激发相同的激发态。挑战：这是一个非线性光学过程，发生的概率极低，需要极高的瞬时光子密度才能发生。飞秒激光的不可替代性正在于此：超高瞬时峰值功率：飞秒激光能将能量压缩在极短的时间内，即使平均功率很低，其焦点处的峰值功率也足以提供发生双光子吸收所需的极高光子密度。低平均功率：在焦点以外，光强迅速下降，双光子吸收概率呈平方级衰减，因此只有焦点处的极微小体积内才会发生荧光激发。这带来了天生的三维层析能力，且对样品的整体光损伤和光毒性极低。近红外波长：飞秒激光的波长通常位于近红外波段，可达数百微米至1毫米以上，是实现深层成像的关键。飞秒激光通过透镜聚焦激光可获得高激光强度，因此只能在焦点附近形成微结构。北京工业飞秒激光小孔

飞秒激光可以用在聚合物加工、医学成像及外科医疗上。北京工业飞秒激光小孔

传统激光加工（纳秒、微秒激光）主要依靠“热加工”：激光能量被材料吸收，转化为热量，通过热传导使材料熔化、蒸发。这不可避免地带来热影响区、熔渣、微裂纹和热应力。飞秒激光加工的本质是“冷”加工或“非热”加工，其原理基于“多光子吸收/非线性电离”和“超快能量沉积”：能量沉积快于热扩散：飞秒脉冲的持续时间（~100fs）远小于材料中电子-晶格能量传递的时间（皮秒量级）。能量在极短时间内注入电子系统，电子被直接激发或电离，形成高温高密度的等离子体。材料直接被“静电炸飞”：受激的电子来不及将能量传递给周围的晶格，材料通过库仑、直接升华等非热过程被移除。热量“来不及”传导：脉冲已经结束，周围材料仍处于冷态。北京工业飞秒激光小孔