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。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。超精密飞秒激光覆膜贴合工具

能量在时间上高度集中:脉冲极短,即使单个脉冲能量不高,其瞬时峰值功率也可轻易达到太瓦(10¹² 瓦)甚至拍瓦(10¹⁵ 瓦)级别,足以击穿任何材料。“冷加工”机制:能量在极短时间内注入,远快于热量向周围材料扩散的时间(通常为皮秒量级)。材料被直接电离成等离子体并瞬间消散,几乎不产生热影响区,避免了熔化、微裂纹和形变。非线性吸收:其极高的光强使得材料同时吸收多个光子,才能发生电离。这种效应具有明确的功率阈值,只在焦点中心极小的体积内发生,实现了突破衍射极限的纳米级精度。宽光谱:超短脉冲意味着极宽的频率带宽,可用于产生超连续谱(白光激光)和精密光谱测量。超精密飞秒激光覆膜贴合工具飞秒激光可以加工所有材料(金属、半导体、玻璃和陶瓷),包括透明材料,因此也可用于钻孔、开槽和切割。

这是飞秒激光所有优势的根源。我们可以与传统激光(如纳秒激光)进行对比:传统激光(长脉冲):脉冲时间长,能量是缓慢地、持续地注入材料。这会导致:热扩散:能量有足够时间向周围区域传导,产生大范围的热影响区。热效应:导致材料熔化、飞溅、产生微裂纹和热应力。精度低:加工边缘不整齐,精度受限。飞秒激光(超短脉冲):能量在极短时间内(飞秒级)瞬间注入到一个极小的空间点。能量沉积速度>>能量扩散速度:在热量还没来得及向周围传递之前,加工过程就已经结束了。多光子吸收/非线性吸收:极高的峰值功率足以使材料中的电子通过非线性过程直接吸收多个光子,瞬间被激发或电离,绕过“熔化”阶段。直接“汽化”或“等离子体化”:材料直接被“蒸发”移除,几乎没有液态相产生。结果就是:热影响区极小甚至没有,实现了真正意义上的“冷加工”或“超精密冷烧蚀”。
飞秒激光技术正朝着 “更快、更强、更小、更便宜” 的方向发展:成本降低: 随着技术进步和商业化,正从实验室走向更广的工业应用。功率提升: 向拍瓦级甚至更高功率发展,用于模拟宇宙极端物理条件。系统集成化: 开发更紧凑、稳定的工业级飞秒激光器。总而言之,飞秒激光是一种“更快的激光”,它是一种全新的物质相互作用工具。它让我们能够以难以置信的精度操纵物质,并以前所未有的时间分辨率观察自然界的超快过程,是制造、前沿科学和未来产业的主要引擎之一。飞秒激光器及激光加工设备已经在消费电子触摸屏模组生产、半导体晶圆划片等3C制造领域崭露头角。

飞秒激光与其他激光(如纳秒激光)的关键区别, 加工效果:质量与精度纳秒激光:副作用明显:产生熔渣、毛刺、重铸层(熔化的材料重新凝固)、微裂纹。热影响区大:改变了材料性能,可能导致变形。精度受限:热扩散限制了小特征尺寸。飞秒激光:“干净”的烧蚀:边缘清晰锐利,几乎没有热影响区。无重铸层和微裂纹:材料直接升华,没有液态相。超高精度:加工区域可小于聚焦光斑,实现亚微米甚至纳米级加工。可加工透明材料内部:利用非线性效应,只有在焦点处功率密度足够高时才会被吸收并改性,从而在透明材料(如玻璃)内部进行三维雕刻或制造光波导。飞秒激光切割采用飞秒激光器,超短脉冲加工几乎无热传导,适用于任意有机无机材料的高速切割与钻孔。超精密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)。超精密飞秒激光覆膜贴合工具
飞秒激光本身就是科学发现的工具,并不断催生新科学。超快科学:飞秒化学:观测化学反应的中间过程与过渡态(获诺贝尔化学奖)。凝聚态物理:研究高温超导、拓扑材料中的超快电子动力学。极端条件创造:激光粒子加速:在桌面尺度产生高能电子/质子束,用于放疗和基础物理研究。阿秒科学:飞秒激光是产生阿秒脉冲(10⁻¹⁸秒)的“引擎”,用于实时观测原子内电子的运动。精密测量:飞秒光频梳(获诺贝尔物理学奖):提供好的的“光尺”和“光钟”,用于时间基准、、温室气体检测等。超精密飞秒激光覆膜贴合工具