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简析飞秒加工的特点

飞秒激光器是脉冲宽度为1-1000 Fs (1 Fs =10-15s)的激光器。其他激光器是脉冲激光器或脉冲宽度为1000FS (1ps)的连续激光器。

    激光加工需要考虑激光的波长、能量(或功率)、脉宽、频率、脉冲频率、偏振和级,聚焦系统和扫描速度和方向,材料组成,被加工对象的结构和形状,甚至温度、大气等材料环境条件。

 


技术原理:

   飞秒处理有很多优点,首先体现在其精度高,基于多光子吸收和阈值效应的特点,处理中的热效应可以忽略(即往往强调冷处理)。需要注意的是,这是指单脉冲或低脉冲频率的情况,但相对而言,这里忽略了激光的波长和物体材料的特性。

   飞秒激光器具有较短的脉冲宽度,理论上可以在较低的脉冲能量下获得很高的峰值功率(脉冲能量/脉冲宽度)。当激光通过物镜对材料进行进一步聚焦时,由于聚焦附近的高能量密度,会产生各种强非线性效应。

   激光加工可以看作是一种激光诱导反应,其原理可分为诱导分子振动和电子激发。前者是热反应,而后者与组成材料的原子壳层中的电子形成的化学键相互作用。考虑到物质的能带结构,长波长激光器如CO2激光器一般采用分子振动引起的热反应,而短波长激光器如准分子激光器采用电子激发引起的化学键切断。

   近红外飞秒激光加工通过多光子过程,也就是说,虽然材料在激光波长(λ)没有线性吸收,但焦点附近的光强度非常高,通过吸收多个(n)光子同时,将短的波长的光(λ/ n)材料的材料有相同的效果,通过选择性控制微观结构的空间,并不得影响表面结构,这是飞秒激光处理的另一个优点。

   当飞秒激光与材料相互作用时,我们考虑在激光波长范围内没有线性吸收的介质。首先,激光能量被电子系统中的多个光子吸收或电离,然后经过一系列的能量传递和传输过程,导致材料发生一系列的变化。在一般情况下,在激光辐照下,电子吸收光子激发时间范围内的FS(行动)脉冲的过程,其次是电子声子耦合,和晶格的能量传递和晶格热平衡订单几美元到几十个ps。热扩散时间尺度和融化的材料用不同的材料,材料表面烧蚀时间从数以百计的ps NS。

    在纳秒和皮秒激光器的作用下,在激光脉冲照射材料的过程中,沉积在电子气体中的激光能量被传输到晶格中,从而引起材料的加热、熔化甚至燃烧。在此过程中,热效应明显。然而,飞秒激光的脉冲宽度小于电子-声子相互作用的时间尺度,电子气体中沉积的激光能量没有时间传输到离子激光脉冲。现在,电子气体非常热,离子非常冷。材料有一个“冷”烧蚀过程,这抑制了流体力学和热效应。高的加工精度。因此,它被广泛应用于微电子、航空航天等工业领域,以及医疗领域,如近视矫正、脑外科等。


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