北京微米级飞秒激光

飞秒激光技术优势与面临的挑战优势总结：表较高精度：亚微米至纳米级特征尺寸。表较高质量：无热损伤，边缘质量好。表较大灵活性：3D内部加工，材料普适性强。非接触、无工具磨损。挑战与未来方向：成本：飞秒激光器及配套系统昂贵。效率：虽然单点精度极高，但大面积加工的效率仍是大规模生产的瓶颈。并行加工（如空间光调制器分束）是重要发展方向。工艺复杂性：需要深厚的知识进行参数优化和路径规划。过程监测：开发实时反馈系统，确保加工的一致性和可靠性。我们一直使用激光切割钻石，用于生产钻石唱片针。我们还使用激光加工蓝宝石、红宝石和陶瓷上的细孔。北京微米级飞秒激光

实现飞秒激光的主要技术是 “锁模技术”。原理：通过某种方法（如可饱和吸收体）让激光谐振腔内成千上万个不同纵模的相位锁定一致，使它们发生相干叠加，从而产生周期性的超短脉冲序列。典型激光器：掺钛蓝宝石晶体激光器是产生飞秒脉冲的主流介质。光纤飞秒激光器因其紧凑、稳定也逐渐普及。飞秒激光技术是人类操控光与物质相互作用的体现之一。 它凭借超短的时间尺度和超高的空间精度，打破了传统加工的物理限制，开启了 “冷”、“精”、“韧” 的制造新范式。自动化飞秒激光小孔工业加工中常见的精密激光加工设备有激光切割、激光钻孔、激光打标、激光焊接、激光雕刻、3D激光打印等。

飞秒激光是一种以 “飞秒” 为脉冲宽度（1飞秒=10⁻¹⁵秒，即千万亿分之一秒）的超快、强脉冲激光。使其在精密加工、科研等领域带来了主要的突破。这是飞秒激光成熟和广泛的应用之一，太赫兹波产生与探测：飞秒激光是产生和探测太赫兹波的主要泵浦源，用于无损检测、安全成像、物质光谱分析等。精密测量：基于飞秒光频梳技术（另一项诺贝尔奖成果），可以用于距离测量、光学时钟、光谱定标等，精度达到纳米甚至更高。文物保护与修复：可以极其精细地除去艺术品表面的污染物层，而不损伤下层宝贵的原始材料。

飞秒激光之所以能大量渗透，根源在于其超短脉冲（10⁻¹⁵秒）特性所带来的根本性优势：突破衍射极限的精度：通过多光子非线性效应，加工区域可远小于光斑尺寸，实现纳米级精度。真正的“冷加工”：能量在热量扩散前瞬间沉积，材料直接气化，几乎无热影响区、无熔渣、无微裂纹。普适性材料加工：对几乎任何材料（金属、玻璃、陶瓷、蓝宝石、塑料、）都有用，尤其擅长加工传统方法难以处理的高硬度、高脆性、高熔点材料。三维内部加工：在焦点处产生非线性效应，可在透明材料内部进行三维选择性改性、雕刻与存储。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。

飞秒激光技术自诞生以来，其突破性进展主要体现在性能极限的不断突破、应用领域的拓展以及系统集成与成本的优化。飞秒激光技术的突破是一条不断向物理极限挑战、同时紧密驱动产业变革的双螺旋路径。其突破不仅体现在创造了更短、更强、更稳的光脉冲本身，更在于它作为一个平台型工具，不断催生出新的科学研究范式和颠覆性的工业应用。从观测电子运动到制造精密的芯片，从修复视网膜到切割硬的材料，飞秒激光的每一次突破，都在拓展人类认知和改造世界的边界。飞秒激光几乎可以加工任何材料，但受到激光发射器功率的限制，激光工艺可加工的材料以非金属材料为主。北京微米级飞秒激光

飞秒激光主要应用领域集中在脆性材料加工，诸如手机LCD屏异形切割、手机摄像头蓝宝石盖板切割等。北京微米级飞秒激光

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”。北京微米级飞秒激光