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。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。广东超精密飞秒激光真空板

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。上海微米级飞秒激光打孔飞秒激光可以加工所有材料(金属、半导体、玻璃和陶瓷),包括透明材料,因此也可用于钻孔、开槽和切割。

精密制造——工业升级的“光刻刀”,飞秒激光是解决传统激光无法完成的“疑难杂症”的方案。 透明材料加工(“内部雕刻术”):应用:在智能手机的蓝宝石盖板、摄像头保护镜片上刻蚀标识;在汽车玻璃内部雕刻防伪码或装饰图案;制备微流控芯片;制造光纤光栅、光子晶体等光学元件。原理:透明材料对飞秒激光波长是“透明”的,但极高的峰值功率使得激光焦点处的材料通过非线性吸收瞬间改性或汽化,从而实现内部选择性加工,表面毫发无损。
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。相对于传统激光加工设备,飞秒激光由于脉冲时间短,被加工物不会被加热,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。飞秒激光器作为一种超短脉冲激光源,近年来在超精密微加工领域展现出巨大的潜力。上海微米级飞秒激光打孔
飞秒激光加工不需要工具、加工速度快、表面变形小,可加工各种材料。广东超精密飞秒激光真空板
飞秒激光的应用前沿科学研究(探索未知的工具)强场物理与阿秒科学:运用:聚焦飞秒激光可产生强度极高的电场(>原子内部电场),用于研究极端物理条件,并产生更短的阿秒脉冲(10⁻¹⁸秒),用于观测电子运动。激光粒子加速:运用:用飞秒激光与等离子体相互作用,在厘米尺度上加速电子、产生质子束或X射线,可用于建造小型化的光源。飞秒化学:运用:作为“快的相机”,观测化学键的断裂与形成、分子反应过渡态等超快过程,曾获诺贝尔化学奖。广东超精密飞秒激光真空板