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。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。广东韩国技术飞秒激光薄膜芯片

飞秒激光技术优势与面临的挑战优势总结:表较高精度:亚微米至纳米级特征尺寸。表较高质量:无热损伤,边缘质量好。表较大灵活性:3D内部加工,材料普适性强。非接触、无工具磨损。挑战与未来方向:成本:飞秒激光器及配套系统昂贵。效率:虽然单点精度极高,但大面积加工的效率仍是大规模生产的瓶颈。并行加工(如空间光调制器分束)是重要发展方向。工艺复杂性:需要深厚的知识进行参数优化和路径规划。过程监测:开发实时反馈系统,确保加工的一致性和可靠性。广东超快飞秒激光加工在精密机械、微纳电子、微纳光学、表面工程、生物医学等领域具广泛的应用。

飞秒激光技术正朝着 “更快、更强、更小、更便宜” 的方向发展:成本降低: 随着技术进步和商业化,正从实验室走向更广的工业应用。功率提升: 向拍瓦级甚至更高功率发展,用于模拟宇宙极端物理条件。系统集成化: 开发更紧凑、稳定的工业级飞秒激光器。总而言之,飞秒激光是一种“更快的激光”,它是一种全新的物质相互作用工具。它让我们能够以难以置信的精度操纵物质,并以前所未有的时间分辨率观察自然界的超快过程,是制造、前沿科学和未来产业的主要引擎之一。
与传统的连续激光或纳秒/皮秒脉冲激光相比,飞秒激光的优势在于:几乎无热影响区:能量在材料晶格热化并扩散到周围区域之前,作用过程就已结束。材料直接被“电离-蒸发”或发生非线性破坏,没有熔化、再凝固、微裂纹、热变形,实现了真正的“冷”加工。极高的加工精度:加工区域可以突破光学衍射极限,达到亚微米甚至纳米级别,因为只有激光焦点中心强度足够高才能引发非线性效应。可加工任何材料:其极高的峰值功率足以打破任何材料的化学键(金属、陶瓷、玻璃、蓝宝石、钻石、聚合物),实现“一法通用”。极少的再铸层和碎屑:材料主要以等离子体或气相形式被移除,表面干净。内部三维加工能力:对于透明材料(如玻璃),激光可以无损地穿过,只在焦点处产生破坏,从而实现材料内部的任意三维微结构制造。飞秒激光加工是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度,靠光热效应来加工的。

飞秒激光的优势:精细的非线性相互作用 — “三维空间选择性”原理:极高的峰值功率密度,使激光与物质的相互作用主要依赖于多光子吸收等非线性效应。这种效应只发生在激光焦点处光强极高的极小体积内,而在光束路径的其他区域(即使聚焦于透明材料内部)几乎不发生作用。直接结果:真正的三维微纳加工:可以像3D打印机一样,在透明材料(如玻璃、光刻胶)的内部任意位置进行写入、改性或制造复杂三维结构(如光子晶体、微流控芯片)。突破衍射极限:通过精确能量,可以使加工区域小于光斑的衍射极限,实现纳米尺度的特征。完美的层析能力:在成像(如多光子显微镜)中,可以只激发焦点处的荧光,实现高分辨率、高对比度的深层三维成像,且对样本无光损伤。飞秒激光脉冲与材料相互作用时间在一个非常短的时间(飞秒量级),因此可以实现材料的冷加工。广东飞秒激光掩模板
飞秒激光切割可针对柔性PI、PET扥材料切割、刻蚀。广东韩国技术飞秒激光薄膜芯片
飞秒激光技术是一项通过“锁模”产生并利用“啁啾脉冲放大”提升能量的方法,创造出持续时间极短、峰值功率极高的光脉冲,并利用其与物质发生的超快、非线性、非热学相互作用,从而实现极限精度的测量、加工与操控的光电系统工程技术。 它不仅是工具,更是推动物理学、化学、工程学前沿探索的“探针”与“利刃”。技术特点总结极限的时间把控:主动操控飞秒量级的光脉冲。极限的空间精度:通过非线性效应,将加工区域限制在焦点体积内,实现亚波长尺度加工。极限的峰值功率:能产生地球上强的光电场,用于研究极端物理条件。材料普适性:通过多光子过程,可处理从金属到透明介质的各类材料。高度的灵活性:脉冲能量、重复频率、波长、脉冲形状均可根据应用进行定制。广东韩国技术飞秒激光薄膜芯片