提到飛秒激光，很多人會(huì)想到飛秒激光近視手術(shù)。

飛秒激光是人類目前在實(shí)驗(yàn)室條件下所能獲得的最短脈沖的技術(shù)手段。由于其超短脈沖、瞬間高功率、超細(xì)微空間精確的聚焦定位等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于人體病變的早期診斷、醫(yī)學(xué)成像、外科手術(shù)、生物活體檢測(cè)、超小型衛(wèi)星、超精細(xì)加工、高密度信息記錄和儲(chǔ)存。在物理學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)控制反應(yīng)、光通訊、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域都有不可替代的作用。

飛秒激光微加工是當(dāng)今世界激光、光電行業(yè)中極為引人注目的前沿研究方向。本期，光博士帶你了解飛秒激光與其他激光加工有何不同。

　　“飛秒”是多少秒

激光加工過程中需要考慮激光的波長、能量(或功率)、脈寬、頻譜、脈沖頻率、偏振、相位等因素，同時(shí)還要考慮聚焦系統(tǒng)以及掃描速度和方向，被加工對(duì)象物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和形態(tài)，甚至是物質(zhì)所處的環(huán)境條件如溫度和氣氛。

脈寬是其中一個(gè)非常重要的具有普遍影響的激光參數(shù)。飛秒激光是指脈寬為1-1000 fs(1 fs=1s的1/1000萬億))的激光，其他激光是指脈寬大于1000 fs(1 ps)的脈沖激光或連續(xù)激光。

因此，飛秒激光可以在組織內(nèi)精確聚焦到比頭發(fā)絲直徑更小的空間區(qū)域,產(chǎn)生微爆破效應(yīng)，進(jìn)行精細(xì)的切割加工。

圖/納秒與飛秒加工的比較示意

　飛秒激光特性良好

飛秒激光可以將其能量全部、快速、準(zhǔn)確地集中在限定的作用區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)玻璃、陶瓷、半導(dǎo)體、塑料、聚合物、樹脂等材料的微納尺寸加工，具有其它激光加工無法比擬的優(yōu)勢(shì)——

①耗能低，無熱熔區(qū)，"冷"加工;

②可加工的材料廣泛：從金屬到非金屬再到生物細(xì)胞組織，甚至是細(xì)胞內(nèi)的線粒體;

③高精度、高質(zhì)量、高分辨率，加工區(qū)域可小于焦斑尺寸，突破衍射極限;

④對(duì)環(huán)境沒有特殊要求，無污染。

圖/納秒與皮秒、飛秒在相同實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上切割材料的效果比較

飛秒激光在三大主要領(lǐng)域的應(yīng)用

作為一種獨(dú)特的科學(xué)研究工具與手段，飛秒激光的應(yīng)用可以大體上概括為三大主要方面，即飛秒激光在超快領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用、在超強(qiáng)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用和在超微細(xì)精密加工中的應(yīng)用。

(1)飛秒激光在超快現(xiàn)象研究領(lǐng)域中所起到的是一種快速過程診斷的作用。飛秒激光尤如一個(gè)極為精細(xì)的時(shí)鐘和一架超高速的“相機(jī)”，可以將自然界中特別是原子、分子水平上的一些快速過程分析并記錄下來。在這一領(lǐng)域，飛秒激光為我們開了一扇新的大門，讓我們得以窺見更加細(xì)微的自然世界。

(2)飛秒激光在超強(qiáng)領(lǐng)域中的應(yīng)用歸因于具有一定能量的飛秒脈沖的峰值功率和光強(qiáng)可以非常之高。這樣的強(qiáng)光所對(duì)應(yīng)的電磁場(chǎng)會(huì)遠(yuǎn)大于原子中的庫侖場(chǎng)，從而很容易地將原子中的電子統(tǒng)統(tǒng)剝落出去。因此，飛秒激光是研究原子，分子體系高階非線性、多光子過程的重要工具。與飛秒激光相應(yīng)的能量密度只有在核爆炸中才可能存在。飛秒強(qiáng)光可以用來產(chǎn)生相干X射線和其它極短波長的光，可以用于受控核聚變的研究。

(3)隨著集成電路規(guī)模的日益增大，電子元器件在尺寸上變得越來越小，這方面的需求為超微細(xì)加工技術(shù)提供發(fā)揮空間。飛秒激光用于超微細(xì)加工是飛秒激光用于超快現(xiàn)象研究和超強(qiáng)現(xiàn)象研究之外的又一個(gè)飛秒激光技術(shù)的重要的應(yīng)用研究領(lǐng)域，對(duì)某些關(guān)鍵工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展可以起到更直接的推動(dòng)作用。

目前，世界各國學(xué)者在飛秒激光與材料相互作用機(jī)理研究方面已取得重大的進(jìn)展，促進(jìn)多學(xué)科的融合，推動(dòng)著飛秒激光微納加工技術(shù)向著低成本、高可靠性、多用途、產(chǎn)業(yè)化的方向發(fā)展。飛秒激光微加工技術(shù)將在超高速光通訊、強(qiáng)場(chǎng)科學(xué)、納米科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用和潛在的市場(chǎng)前景。

　光博會(huì)帶你全面認(rèn)識(shí)飛秒激光

第十一屆光電子·中國博覽會(huì)作為北方最大最專業(yè)光電領(lǐng)域展覽會(huì)，展覽總面積30000㎡，參展商600余家，是國內(nèi)唯一光電子及交叉應(yīng)用行業(yè)科技類展會(huì)，將特別舉辦“激光智能制造主題展”。全面展示從實(shí)驗(yàn)室研究到工廠應(yīng)用的激光生產(chǎn)與加工系統(tǒng)，包括激光材料加工系統(tǒng)，激光加工系統(tǒng)組件，激光配套產(chǎn)品設(shè)計(jì)與系統(tǒng)開發(fā)，其他激光應(yīng)用系統(tǒng)，系統(tǒng)整合等類別，重點(diǎn)關(guān)注激光鈑金加工，非金屬加工，精細(xì)加工，行業(yè)解決方案及特種應(yīng)用等。

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