飞秒激光作为超快激光领域的主要部分,正以其超短脉冲(10^-15秒)、超高峰值功率的独特优势,在众多前沿领域引发的变化。其技术应用已从实验室走向工业化,不断开辟新赛道。飞秒激光已不再是单纯的“工具”,而是演变为一系列颠覆性技术的使能平台。其应用正沿着两条主线飞速发展:纵向深化:在微加工等现有领域,向着更高效率、更高精度、更智能的方向进化,深度融入制造产业链。横向拓展:不断与物理学、化学、信息科学交叉融合,催生出如阿秒科学、长久光存储等未来产业的新萌芽。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。广东超快飞秒激光蚀刻

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。上海高精密飞秒激光加工飞秒激光器属于脉冲振荡激光器, 被定位为脉冲宽度约为 100 fs(飞秒)的激光器。

飞秒激光本身就是科学发现的工具,并不断催生新科学。超快科学:飞秒化学:观测化学反应的中间过程与过渡态(获诺贝尔化学奖)。凝聚态物理:研究高温超导、拓扑材料中的超快电子动力学。极端条件创造:激光粒子加速:在桌面尺度产生高能电子/质子束,用于放疗和基础物理研究。阿秒科学:飞秒激光是产生阿秒脉冲(10⁻¹⁸秒)的“引擎”,用于实时观测原子内电子的运动。精密测量:飞秒光频梳(获诺贝尔物理学奖):提供好的的“光尺”和“光钟”,用于时间基准、、温室气体检测等。
这是飞秒激光所有优势的根源。我们可以与传统激光(如纳秒激光)进行对比:传统激光(长脉冲):脉冲时间长,能量是缓慢地、持续地注入材料。这会导致:热扩散:能量有足够时间向周围区域传导,产生大范围的热影响区。热效应:导致材料熔化、飞溅、产生微裂纹和热应力。精度低:加工边缘不整齐,精度受限。飞秒激光(超短脉冲):能量在极短时间内(飞秒级)瞬间注入到一个极小的空间点。能量沉积速度>>能量扩散速度:在热量还没来得及向周围传递之前,加工过程就已经结束了。多光子吸收/非线性吸收:极高的峰值功率足以使材料中的电子通过非线性过程直接吸收多个光子,瞬间被激发或电离,绕过“熔化”阶段。直接“汽化”或“等离子体化”:材料直接被“蒸发”移除,几乎没有液态相产生。结果就是:热影响区极小甚至没有,实现了真正意义上的“冷加工”或“超精密冷烧蚀”。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)。

飞秒激光技术它从根本上改变了光与物质相互作用的方式,实现了从“热加工”到“冷加工”的跨越。从让你清晰视界的眼科手术,到驱动未来计算的集成光芯片,再到探索物质基本运动规律的科学工具,飞秒激光正以其无可比拟的精度和灵活性,深度塑造着现代科技与工业的格局。飞秒激光是一种超短脉冲激光。“飞秒”是时间单位,1飞秒 = 10⁻¹⁵ 秒(千万亿分之一秒)。作为对比,一飞秒与一秒的比值,大约相当于一秒与3170万年的比值。飞秒激光的超短脉冲特性,使其能量在材料热扩散之前就已结束作用,实现 “冷加工” 。飞秒激光适用于在各类金属、非金属、复合材料等多种材料上进行盲孔/异型孔等结构的可控锥度精细加工。北京微米级飞秒激光阵列遮罩板
飞秒激光技术的未来发展潜力巨大,特别是在新能源的产生方面。广东超快飞秒激光蚀刻
实现飞秒激光的主要技术是 “锁模技术”。原理:通过某种方法(如可饱和吸收体)让激光谐振腔内成千上万个不同纵模的相位锁定一致,使它们发生相干叠加,从而产生周期性的超短脉冲序列。典型激光器:掺钛蓝宝石晶体激光器是产生飞秒脉冲的主流介质。光纤飞秒激光器因其紧凑、稳定也逐渐普及。飞秒激光技术是人类操控光与物质相互作用的体现之一。 它凭借超短的时间尺度和超高的空间精度,打破了传统加工的物理限制,开启了 “冷”、“精”、“韧” 的制造新范式。广东超快飞秒激光蚀刻