北京半导体飞秒激光分度盘

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。飞秒激光作为超短脉冲激光的典型，具有超短脉宽、超高峰值功率的特点。北京半导体飞秒激光分度盘

这是飞秒激光技术应用的基石：多光子吸收/电离：在极高的光场强度下，材料同时吸收多个光子，跳过中间能级，直接发生电离或激发。这使得透明材料（如玻璃）也能被加工。雪崩电离：初始的自由电子通过逆韧致吸收激光能量，加速并碰撞其他原子，产生更多自由电子，形成雪崩式电离。电子被迅速剥离形成等离子体，留下的带正电离子因强烈库仑斥力而发生飞散。整个过程发生在皮秒量级内，远快于热扩散的时间（微秒量级），因此实现了“冷”烧蚀。上海代工飞秒激光飞秒激光钻孔是一种使用高功率相干激光束快速加热材料以产生汽化现象并加工孔的技术。

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。飞秒激光钻孔，就是使用频率非常高的激光对材料进行钻孔。

飞秒激光技术未来突破方向展望“速度”与“精度”的再平衡：通过多光束并行加工（如利用空间光调制器）、超快扫描等技术，在保持纳米级精度的同时，将加工速度再提升1-2个数量级。多功能集成：将飞秒激光的加工、成像、光谱分析功能集成于单一平台，实现“加工-检测-修正”一体化。新物理效应探索：利用极端参数飞秒激光，探索光与物质相互作用的新机理，如激光诱导周期性表面结构的新机制，并反向指导新加工工艺的开发。成本持续下降：随着市场规模扩大和技术成熟，系统成本有望进一步降低，渗透到更多中好的制造业领域。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。北京高精度飞秒激光掩模板

飞秒激光可以用于各种材料的微细加工，包括金属、陶瓷、聚合物和复合材料等。北京半导体飞秒激光分度盘

传统激光（纳秒、微秒脉冲）依靠“热积累”：激光能量被材料吸收，转化为热量，通过热传导熔化、蒸发材料。这个过程不可避免地会产生热影响区，包括熔融残留、微裂纹、热应力变形和材料性质改变。飞秒激光则依靠“非线性冷烧蚀”：时间极短（飞秒量级）：激光脉冲作用时间远小于材料中能量转移到晶格（即转化为热）所需的时间（皮秒量级）。强度极高：超高功率密度直接导致材料发生多光子吸收/隧道电离，电子被瞬间剥离，形成高度电离的等离子体。等离子体膨胀与消散：等离子体在极短时间内迅速膨胀并消散，带走了绝大部分能量，未来得及将能量传递给周围材料。结果：材料直接被“移走”，实现“冷加工”。加工边缘清晰、无熔渣、无热损伤层，基本保持了材料的原始性质。北京半导体飞秒激光分度盘