隨著激(ji)光(guang)(guang)技(ji)術的(de)(de)發展，季期間想(xiang)著超(chao)短(duan)(duan)脈(mo)(mo)沖(chong)、超(chao)強高度、超(chao)短(duan)(duan)波長的(de)(de)方(fang)向邁進(jin)，這(zhe)給(gei)激(ji)光(guang)(guang)材(cai)料(liao)加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)帶來(lai)(lai)了革命性(xing)的(de)(de)進(jin)步。近(jin)年來(lai)(lai)超(chao)短(duan)(duan)脈(mo)(mo)沖(chong)精(jing)密加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)越來(lai)(lai)越得(de)到(dao)人們(men)的(de)(de)關注。這(zhe)主要體(ti)現在超(chao)短(duan)(duan)脈(mo)(mo)沖(chong)激(ji)光(guang)(guang)加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)可(ke)(ke)以(yi)得(de)到(dao)高于(yu)長脈(mo)(mo)沖(chong)激(ji)光(guang)(guang)加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)的(de)(de)精(jing)度，最高可(ke)(ke)以(yi)達到(dao)亞微米(mi)甚至納(na)米(mi)級別。另外超(chao)短(duan)(duan)脈(mo)(mo)沖(chong)激(ji)光(guang)(guang)除了可(ke)(ke)以(yi)進(jin)行材(cai)料(liao)表(biao)面的(de)(de)加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)，還能夠實(shi)現對(dui)透(tou)明材(cai)料(liao)內部的(de)(de)加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)與改性(xing)。適用(yong)于(yu)其他加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)方(fang)法(fa)無(wu)法(fa)實(shi)現的(de)(de)高精(jing)度、復雜形(xing)狀元器(qi)件的(de)(de)加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)，實(shi)現真三維(wei)、可(ke)(ke)設計、可(ke)(ke)集(ji)成(cheng)。超(chao)短(duan)(duan)脈(mo)(mo)沖(chong)激(ji)光(guang)(guang)的(de)(de)瞬(shun)間功率極大，可(ke)(ke)以(yi)喝幾乎(hu)任何材(cai)料(liao)相(xiang)互(hu)作用(yong)，因而(er)可(ke)(ke)用(yong)于(yu)激(ji)光(guang)(guang)加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)的(de)(de)材(cai)料(liao)幾乎(hu)不(bu)受限制。對(dui)于(yu)超(chao)硬(ying)、易(yi)碎、高熔點、易(yi)爆炸等材(cai)料(liao)的(de)(de)加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)，更具有其他方(fang)法(fa)無(wu)法(fa)匹配的(de)(de)優勢。
這里的超短脈沖激(ji)(ji)光(guang)微細加工技術(shu)指(zhi)的是利用超短脈沖激(ji)(ji)光(guang)（脈沖寬度在皮秒(miao)至飛秒(miao)量級，10-12~10-15s）對材料的(de)顯微(wei)加工(gong)、精(jing)密裁切以及(ji)微(wei)觀改(gai)性。這里的(de)3個屬于定(ding)義如下(xia)：顯微(wei)加工指(zhi)的是(shi)對(dui)樣品(pin)(pin)材(cai)料(liao)的精密去除；精密裁(cai)切(qie)值得是(shi)利用(yong)激(ji)光將(jiang)樣品(pin)(pin)材(cai)料(liao)裁(cai)切(qie)成(cheng)微(wei)納尺度的特征形狀(zhuang)；微(wei)觀(guan)改性指(zhi)的是(shi)利用(yong)激(ji)光改變樣品(pin)(pin)材(cai)料(liao)特定(ding)微(wei)觀(guan)區(qu)域的物理化(hua)學性能。這3個(ge)屬于(yu)既相互獨(du)立又緊密相連，有時在微觀改性(xing)的同時也伴隨(sui)著樣品材料(liao)的精密去除，而顯微加工是精密裁切的基礎。我們把(ba)上(shang)述(shu)術語統稱為(wei)超短脈沖激光微納加工。
超(chao)短(duan)脈沖激光微納(na)加(jia)工分類
從材料的(de)性能(neng)變化(hua)來說，超短脈(mo)沖(chong)激(ji)光微(wei)納加工(gong)可以分為表面形貌、折射(she)率、離子(zi)價(jia)態(tai)、相(xiang)態(tai)、缺陷態(tai)、晶態(tai)、化(hua)學鍵以及能(neng)帶結構等的(de)修飾與調控。在超短脈(mo)沖(chong)激(ji)光加工(gong)過程(cheng)中，有(you)時是(shi)單一的(de)性能(neng)銹蝕，有(you)時是(shi)多項性能(neng)的(de)修飾同(tong)時發生。舉例說明。
圖1為(wei)超短脈沖激光誘(you)導的(de)6中材料性(xing)能轉變。（a）為在金(jin)屬表面形成的亞波長(chang)周(zhou)期結構。其周(zhou)期從入(ru)射激光(guang)波長(chang)尺度到入(ru)射波長(chang)的1/10，為制備納(na)米(mi)尺度周(zhou)期(qi)結構提(ti)供了一(yi)種全新(xin)的途徑。（b）為波(bo)導結(jie)構。超短脈沖(chong)激(ji)光可以在透明材(cai)料內部誘導折射率(lv)改變，寫入(ru)二維、三維的(de)波(bo)導結(jie)構及器(qi)件，如分束器(qi)、衍射光柵、整列波(bo)導光柵、波(bo)導激(ji)光器(qi)等(deng)。（c）為在(zai)(zai)晶體內部的(de)誘導的(de)缺陷結構(gou)，即色心。在(zai)(zai)諸(zhu)如半(ban)導體、發(fa)光(guang)(guang)信息存儲(chu)、色心激光(guang)(guang)等技術(shu)領域有著廣發(fa)的(de)應用。（d）為離子價態變化。在金屬離子或稀土離子摻雜的(de)玻璃內部(bu)，是的(de)摻雜離子的(de)價態發生改變，誘導出(chu)具有特殊(shu)功能的(de)符合(he)材料(liao)，實現(xian)特定的(de)線性(xing)、非(fei)線性(xing)光學性(xing)能。（e）為靜態(tai)變化。超短脈(mo)沖激光(guang)(guang)的(de)輻照(zhao)非晶(jing)態(tai)的(de)玻璃材料(liao)可以在輻照(zhao)區域(yu)析出晶(jing)體相，或者(zhe)超短脈(mo)沖激光(guang)(guang)輻照(zhao)晶(jing)體材料(liao)，在激光(guang)(guang)輻照(zhao)區域(yu)可以從一種晶(jing)態(tai)向(xiang)另一種晶(jing)態(tai)轉化，為制備不同晶(jing)態(tai)的(de)集成器件提供新途(tu)徑。（f）為半導(dao)體(ti)帶隙變化。通過超(chao)短脈沖激光(guang)(guang)半導(dao)體(ti)硅(gui)(gui)，改變其能(neng)帶結構。經處理(li)的硅(gui)(gui)具有吸收光(guang)(guang)譜寬以及光(guang)(guang)譜響應速(su)度快的特點(dian)，在太陽能(neng)電池以及光(guang)(guang)電探測器(qi)方面具有極大(da)的應用前景。
圖1超短(duan)脈(mo)沖(chong)激光(guang)微納加工距(ju)離
超短脈沖激(ji)光微納加工應用領域
中央(yang)“十二五”規(gui)劃提出了加快培育和發(fa)展戰略性新(xin)興(xing)產(chan)業(ye)的(de)建(jian)議，大力發(fa)展節能(neng)環(huan)保、新(xin)興(xing)新(xin)興(xing)產(chan)業(ye)、生物產(chan)業(ye)、新(xin)能(neng)源、新(xin)能(neng)源汽(qi)車、高端裝備制(zhi)造業(ye)和七大戰略性新(xin)興(xing)產(chan)業(ye)。這為激光現金制(zhi)造技(ji)術提供了前所未有的(de)發(fa)展機遇。在這七大斬六(liu)新(xin)興(xing)產(chan)業(ye)中，超短脈(mo)沖激光微納加工都能(neng)發(fa)揮用武之地(di)而且是某(mou)些環(huan)節的(de)必(bi)須技(ji)術。
圖2超短(duan)脈(mo)沖激光微納加工應(ying)用領域
目前，超短脈沖(chong)激光微納加工主要應用在如圖2所示(shi)的領域。這(zhe)里舉例幾(ji)個(ge)應用實例：（1）太(tai)陽能電池（包括晶(jing)硅以及(ji)(ji)薄膜電池）的鉆孔、刻線、劃槽以及(ji)(ji)表面紋理化，通過超(chao)短(duan)脈沖激光埋柵(zha)刻槽及(ji)(ji)摻雜處理后(hou)，電池的光電轉換效率有(you)望(wang)得到2%左右的(de)提升(sheng)；（2）計算(suan)機、手機、電視等(deng)CSTN、TP、LCD液晶顯(xian)示模塊中的(de)超薄玻璃基板(ban)的(de)劃線(xian)分割(ge)。傳統(tong)(tong)方法采用金(jin)(jin)剛石(shi)切(qie)割(ge)，成品率低，刀具壽命短。超短脈沖激光的(de)非接觸(chu)肺熱加工模式則可以(yi)克服上述缺點，是取(qu)代傳統(tong)(tong)金(jin)(jin)剛石(shi)切(qie)割(ge)，進行產(chan)業更新換代的(de)理想技術；（3）醫(yi)療行業。目(mu)前常用于制作血管支(zhi)架(jia)的(de)(de)材料(liao)有金屬鉭、醫(yi)用不銹鋼及鎳鈦合金等。金屬支(zhi)架(jia)在進入臨床治療后(hou)取得了(le)令人矚目(mu)的(de)(de)療效，但(dan)近年也逐漸暴露出一些不足和弊病，如(ru)易至血栓形成，再狹窄率高，造(zao)成血管壁(bi)損傷以(yi)及永久保留(liu)體(ti)內等。針對以(yi)上不足，可(ke)降解(jie)生(sheng)物材料(liao)的(de)(de)血管支(zhi)架(jia)成為研究的(de)(de)熱點，對可(ke)降解(jie)材料(liao)的(de)(de)加(jia)工(gong)是決定該類支(zhi)架(jia)材料(liao)應用的(de)(de)關(guan)鍵問題。為了(le)保證加(jia)工(gong)后(hou)的(de)(de)材料(liao)性能(neng)不便，對加(jia)工(gong)技術提出了(le)更高的(de)(de)要求。超短(duan)脈沖(chong)激光微納(na)加(jia)工(gong)可(ke)降解(jie)生(sheng)物材料(liao)具(ju)有獨(du)到的(de)(de)優勢(shi)；（4）精密機(ji)(ji)械、醫療(liao)、光(guang)學元器(qi)件加工。適(shi)用于一些機(ji)(ji)械加工方法(fa)無法(fa)實現的高精度、復雜(za)形狀元器(qi)件的加工，如發(fa)動機(ji)(ji)噴嘴、打拿極、太赫茲光(guang)源(yuan)偏(pian)正片(pian)等；（5）透明材料內(nei)部的維納改(gai)性。對玻璃、晶體(ti)(ti)、高分子材料內(nei)部實(shi)現微納改(gai)性，賦予改(gai)性區域新的功能。適(shi)用(yong)于(yu)制備波導類(lei)光子學微器件、三維立體(ti)(ti)顯示、三維工(gong)藝品等(deng)；（6）微(wei)電子學。薄膜的(de)局部(bu)沉積及去除，即激光(guang)修整、激光(guang)光(guang)刻、激光(guang)微(wei)機(ji)械加工，以(yi)及局部(bu)摻雜等。圖3進一步闡(chan)述了圖(tu)2中超短脈(mo)沖激(ji)光的應用(yong)領(ling)域。
（a）為晶硅太陽能(neng)電(dian)池的埋柵刻(ke)槽與激(ji)光(guang)摻(chan)雜；（b）為激光刻(ke)劃(hua)有(you)機薄(bo)膜太(tai)陽能電池；（c）為超(chao)短脈沖激光(guang)(guang)對聚合物材(cai)料(liao)進(jin)行雙光(guang)(guang)子(zi)聚合制備微光(guang)(guang)機電器件；（d）為飛秒激光輔助(zhu)眼科手術；（e）為皮秒激光刻蝕柔性印刷電路板的聚合物導電層；（f）為皮秒激光(guang)隱性切割(ge)LED襯底材料。
圖(tu)3 超短(duan)脈沖激光微細加(jia)工應用領域舉例(li)
超短(duan)脈沖激光微納加工市場展望
相(xiang)對于傳(chuan)統的激光打標、激光焊接(jie)、激光切割等，超短賣場激光精密微細加工(gong)還(huan)屬于新興(xing)的試產，美國Raydiance公司預測在10年內，超(chao)(chao)短脈沖(chong)激光技術將擁有超(chao)(chao)過1000億(yi)美(mei)元(yuan)的市場，其中(zhong)醫學和聲明(ming)科學占50%、材料開發和制造行業占(zhan)25%。也就是說在材料(liao)加工、制(zhi)造行業，未(wei)來10年(nian)內(nei)超(chao)短短脈沖激光(guang)技術在全球將會(hui)有超(chao)過250億美元的市(shi)場。
隨著(zhu)超(chao)短脈(mo)沖激(ji)光器(qi)件趨向更為(wei)成熟(shu)的工業應用(yong)，超(chao)短脈(mo)沖激(ji)光微納加工技術(shu)將開拓(tuo)更為(wei)廣闊的應用(yong)領域(yu)，成為(wei)諸多行業不可(ke)或缺的利器(qi)，為(wei)科技造(zao)福、為(wei)社(she)會創造(zao)更美好(hao)的明天。
推薦設備：飛秒激光切割機
