上海高精密飞秒激光精密制造

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。飞秒激光可以聚焦到透明材料的内部，实现真正的三维微加工。上海高精密飞秒激光精密制造

飞秒激光 是一种脉冲宽度在飞秒级别的超短脉冲激光。1飞秒 = 10⁻¹⁵ 秒，即一千万亿分之一秒。这是一个比分子振动、电子转移还要快的时间尺度。因其脉冲极短，具有两个特征：极高的峰值功率：即使单脉冲能量很小，但因时间极短，其瞬时功率（能量/时间）可轻松达到太瓦（10¹²瓦）甚至拍瓦（10¹⁵瓦） 级别，相当于全球电网总功率的数百倍集中在一个针尖上。极低的单脉冲能量和超快作用过程：与材料相互作用的时间远小于热扩散的时间。基于这两个特征，飞秒激光与物质相互作用遵循 “冷加工”或“非线性吸收” 机制，这是其所有颠覆性应用的物理基础。广东微米级飞秒激光切割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。

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。飞秒激光进行加工，激光脉冲能量很快地注入作用区域，瞬间高能量密度沉积使电子吸收和运动方式发生变化。

飞秒激光技术的运用，是一场由“时间精度”引发的“空间加工”。它通过将能量压缩在难以置信的短瞬间，从而在材料处理上实现了从“热熔”到“冷升华”的范式转变。其应用逻辑始终围绕其优势展开：在需要精度、零热损伤、复杂三维结构或透明材料内部加工的场合，飞秒激光技术往往是好的解决方案。从呵护人类视力的眼科手术台，到制造芯片的洁净车间，再到探索物质深奥秘的科学实验室，飞秒激光技术正以其“快、准、稳”的特性，深刻改变着我们的生产、生活和认知边界。秒激光用于加工时，其加工面会非常均匀平滑，毛刺较少甚至无毛刺，脉冲越短，越平滑均匀。上海超快飞秒激光切割

使用YAG激光器的脉冲持续时间较长，为 ∼20ns（1ns=10-9s），会导致热影响区和激光处理区域周围出现裂纹。上海高精密飞秒激光精密制造

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。上海高精密飞秒激光精密制造