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飛秒激光加工基于多光子非線性吸收和電離機制

 更新時間:2022-12-24 點擊量:724
  隨著激光技術的發(fā)展,激光器向著更快脈沖、更高能量、更短波長的方向邁進,這給激光材料加工帶來了革命性的進步。這主要體現(xiàn)在超快脈沖激光加工可以得到遠高于長脈沖激光加工的精度,最高可以達到亞微米甚至納米。超快脈沖激光除了可以進行材料切割打孔等基本加工之外,還能夠?qū)崿F(xiàn)材料表面的加工與改性,對透明材料內(nèi)部的加工與改性,實現(xiàn)了其他加工方法無法實現(xiàn)的高精度、復雜形狀元器件的加工。
  另外超快脈沖激光幾乎可以與任何材料相互作用,可用于激光加工的材料不受限制。對于超硬、易碎、高熔點、易爆等材料的加工,更具有其他方法所無法匹敵的優(yōu)勢。
  由于飛秒激光的超快速時間和超高峰值功率的特性,在飛秒激光用于材料加工時,具有如此高峰值光強和極短持續(xù)時間的光脈沖與物質(zhì)相互作用,能夠以極快的速度將其全部能量注入到很小的作用區(qū)域,瞬間內(nèi)的高能量密度沉積將使電子的吸收和運動方式發(fā)生變化,避免了激光線性吸收而導致能量轉(zhuǎn)移和擴散等的影響,從而在根本上改變了激光與物質(zhì)相互作用的方式,使飛秒激光加工成為具有超高精度,超高空間分辨率,以及性的材料適應性的非熱熔冷處理過程,開創(chuàng)了激光加工的嶄新領域。
  飛秒激光加工是基于多光子非線性吸收和電離機制,而不是光子能量線性吸收而形成的熱積累,因此,避免了熱傳導效應。當飛秒光脈沖作用于材料的表面或者透明材料的內(nèi)部,由于光脈沖的持續(xù)時間極短,光脈沖的作用區(qū)域極小,光強度高,通過非線性吸收過程,激光脈沖的能量來不及向作用點周圍傳遞,光脈沖的作用過程或者加工過程就已經(jīng)結(jié)束,因此產(chǎn)生的熱量幾乎可以忽略不計,被加工的材料幾乎沒有熱損傷。
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