超精密飞秒激光小孔

飞秒激光与材料相互作用的机理，与长脉冲或连续激光有本质区别：1.能量沉积极快（远快于热扩散）：传统激光（纳秒、微秒级）：激光能量首先加热电子，电子通过碰撞将能量传递给晶格（原子），引起熔化、蒸发和热影响区。这是一个热加工过程。飞秒激光：脉冲持续时间远小于电子将能量传递给晶格的时间（~1皮秒到10皮秒）。能量被电子瞬间吸收，但晶格还来不及响应。电子温度急剧升高，通过库仑爆破等方式直接将材料电离、剥离，几乎不产生热效应。这被称为 “冷加工” 。2.多光子吸收与非线性效应：飞秒激光的超高峰值功率，使得材料能同时吸收多个光子，激发到高能态，从而可以加工对激光波长原本透明的材料（如玻璃、蓝宝石）。3.明确的烧蚀阈值：只有当激光强度超过某个精确的阈值时，材料才会被去除。这使得加工精度可以突破衍射极限，实现亚微米级别的精密加工。结果：几乎无热影响区、无熔融、无微裂纹、无材料溅射，实现了真正的“冷”精密去除。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。超精密飞秒激光小孔

飞秒激光技术从“二维”到“真三维”制造突破：利用透明材料内的非线性吸收，飞秒激光实现了在材料内部任意三维空间的选择性改性。应用案例：3D光子芯片与光波导：在玻璃内部直写光路，是未来光计算和量子信息的关键技术。微流控芯片：制造复杂的三维化学分析实验室。5D光学数据存储：在石英玻璃中实现海量的数据存储。加工精度突破衍射极限突破：结合多光子吸收和受激发射损耗等超分辨技术，飞秒激光加工的特征尺寸已能稳定达到<100纳米，甚至达到10纳米级别，远超传统光学衍射极限。意义：为纳米光子学、超材料、高密度存储等纳米器件的制备提供了强大工具。上海超精密飞秒激光微孔飞秒激光切割可针对柔性PET、PI材料或玻璃、硅片基材上的镀层刻蚀、划线、切割，不伤及基材。

飞秒激光的强大能力源于其极短的脉冲时间和极高的峰值功率。超高峰值功率：虽然单个脉冲的能量可能不高（毫焦耳量级），但由于能量被压缩在极短的时间内释放，其瞬时功率（峰值功率）可以轻松达到太瓦（10¹² 瓦）甚至拍瓦（10¹⁵ 瓦），相当于全球电网总功率的数百倍。超快相互作用：脉冲作用时间远小于材料中能量扩散（热传导、等离子体扩散等）所需的时间（皮秒-纳秒量级）。非线性效应主导：极高的光强使得激光与物质的相互作用从常见的线性吸收（如热效应）转变为多光子吸收、隧道电离等非线性过程。

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。飞秒激光切割超薄金属箔的优势在于不受图形的限制，可随时导入CAD图纸或在软件绘制图形切割，周期短。

飞秒激光与精密加工关键技术考量与挑战精度把控：需要纳米精度级的运动平台（空气轴承、压电平台）。焦点把控：使用高数值孔径物镜和高精度Z轴，确保焦点尺寸和位置稳定。偏振与脉冲整形：通过把控激光的偏振态和时域/空域波形，可以进一步优化加工质量（如获得更圆的孔、更光滑的侧壁）。加工效率：飞秒激光单脉冲去除的材料量极少，是 “用时间换精度”。提升效率的途径：提高重复频率（从kHz到MHz）、使用多光束并行加工、开发智能扫描路径算法。成本：飞秒激光器本身成本高，配套的超精密平台和系统也非常昂贵。适用于高附加值产品（如医疗设备、航空航天部件、消费电子）和原型研发。工艺开发复杂性：需要针对每一种材料和具体应用，优化一整套参数：波长、脉冲能量、重复频率、扫描速度、脉冲重叠率等。这是一个需要大量实验和经验的“Know-How”过程。飞秒激光是精密微加工和光子制造的理想选择，可用于制造光子晶体、周期性纳米结构、三维光子集成结构等。超精密飞秒激光小孔

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）。超精密飞秒激光小孔

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。超精密飞秒激光小孔