上海自动化飞秒激光异形孔

飞秒激光与双光子显微成像的结合，完美诠释了“工具驱动科学发现”。飞秒激光提供了实现非线性双光子激发所需的可行光源。双光子显微镜则利用飞秒激光的特性，将无损、深层、动态、三维的观测能力提升到了一个前所未有的高度。它让我们得以在动物的自然生理状态下，以前所未有的时空分辨率，亲眼“观看”生命活动的微观动态画卷，从单个神经元的放电到胚胎的发育成型，极大地推动了我们对生命复杂过程的理解。这一技术组合至今仍是医学成像领域活跃、发展快的方向之一。飞秒激光器的波长为800nm，强度不足以在蓝宝石和石英玻璃等透明材料上引起吸附。上海自动化飞秒激光异形孔

这是飞秒激光成熟和广泛的应用之一。精密微纳加工与工业制造，脆性材料加工：在蓝宝石玻璃（手机屏幕、摄像头保护盖）、特种玻璃、陶瓷上钻孔、切割、刻划。无崩边、无裂纹，良品率高。金属微加工：为航空发动机叶片制作好的的激光诱导周期表面结构，降低阻力；制造精密燃油喷嘴微孔；支架切割。透明材料内部三维加工：利用其非线性效应，在焦点处发生作用，可以在透明材料（如玻璃、晶体）内部进行选择性改性、写入波导、制作微流道、存储三维数据。这是其他激光无法做到的。太阳能电池：用于晶硅太阳能电池的选择性掺杂和边缘隔离。高效飞秒激光MLCC相对于传统激光加工设备，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微米以下的小孔。

飞秒激光技术激光器本身的性能突破平均功率与重复频率的飙升早期：飞秒激光器多为低重复频率（kHz量级）、低平均功率（瓦级）的科研仪器。突破：得益于薄片碟片、光纤和InnoSlab等新技术的成熟，高功率飞秒激光器已成为工业主流。平均功率从数十瓦跃升至数百瓦甚至千瓦级，重复频率可达MHz（兆赫兹）量级。意义：实现了从“精密雕刻”到“精密制造”的跨越。高重复频率意味着单位时间内更多的有效脉冲，加工效率提升了几十到上百倍，使得飞秒激光大规模工业应用（如面板玻璃切割、新能源电池加工）成为可能。

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。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）。

这是飞秒激光的优势。近乎无热影响区：原理：飞秒激光将能量在皮秒至飞秒的极短时间内注入材料，远快于材料晶格的热振动周期（约1-10皮秒）。能量被电子吸收后，材料通过等离子体爆式去除，热量来不及向周围扩散。结果：加工区域边缘无熔融、无热致微裂纹、无材料重铸层、无热应力变形。这对于脆性材料（玻璃、蓝宝石）、高熔点材料和精密部件至关重要。极高的加工精度和突破衍射极限：原理：其“冷烧蚀”机制依赖于多光子非线性吸收，这种效应只在激光焦点中心极小的区域，光强超过阈值时才发生。结果：加工区域可以远小于光斑的衍射极限，实现亚微米甚至纳米级的加工精度，切口陡直、光滑。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。广东韩国加工飞秒激光MLCC

对于飞秒激光而言，脉冲作用时间已经实际小于1 ps，电子没有足够的时间将能量传递给晶格。上海自动化飞秒激光异形孔

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。上海自动化飞秒激光异形孔