飞秒激光微加工技术研究进展.
飞秒激光微加工_激光精密加工领域的新前沿
文章编号:0258-7025(2007)05-0595-28综述 飞秒激光微加工:激光精密加工领域的新前沿何 飞,程 亚(中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室,上海201800)摘要 飞秒激光微加工技术具有加工精度高、热效应小、损伤阈值低以及能够实现真正的三维微结构加工等优点,这些特性是传统的激光加工技术所无法取代的。
首先回顾了激光微加工和超短脉冲激光技术的发展历史,然后介绍超短脉冲激光与金属和介质材料相互作用的机制,接着阐述了飞秒激光直写、干涉和投影制备等各种加工方法的原理,重点讨论飞秒激光在三维光子器件集成、微流体芯片制备及其在生化传感方面的应用等,最后展望了飞秒激光微加工领域所面临的机遇和挑战,指出了未来的研究方向。
关键词 超快光学;飞秒激光;光与物质相互作用;微加工;集成光学;双光子聚合;微流体;纳米颗粒中图分类号 T N 249 文献标识码 AFemtosecond Laser Micromachining :Frontier in Laser Precision MicromachiningHE Fei ,C HENG Ya(State K ey L aboratory o f High Field L aser Phy sics ,S hanghai Institute of Optics and Fine Mechanics ,T he Chinese Academy of S ciences ,Shanghai 201800,China )A bstract Femtoseond laser micromachining enables fabrica tion o f true th ree -dimensional (3D )micro struc ture s with high precisio n and low heat effect and damage thresho ld ,sho wing unique adv antag es ov er the tr aditional lase r micro machining techno lo gy .We fir st review the histories of la ser micro processing and ultra -sho r t pulse lase r technology ,and then o utline the mechanisms of the inter actions o f ultra -sho r t la ser pulse w ith metals and transpar ent media .N ex t ,w e introduce sev eral majo r technical appr oache s in the field o f femto second lase r micro machining such as femto second laser direct w riting ,multi -beam inter ference and pro jectio n patterning ,as w ell as their applications in fabricatio n of 3D integ ra ted o ptical device s ,micr ofluidic chips ,and chemical and bio lo gical sensor s ,etc .Lastly ,w e highligh t the oppor tunities and challeng es in the field ,and sugg est some direc tions fo r the future resea rch .Key words ultrafast optics ;femtosecond laser ;light -mat te r interactio n ;micromachining ;integ rated o ptics ,two pho to n po lyme rizatio n ;micro fluidics ;nano pa rticles 收稿日期:2007-03-30;收到修改稿日期:2007-04-24 作者简介:何 飞(1984—),男,湖北人,硕士研究生,主要从事飞秒激光材料微加工方面的研究。
飞秒激光微纳加工技术在多种材料加工领域的应用
飞秒激光微纳加工技术在多种材料加工领域的应用飞秒激光微纳加工技术是一种高精度、高效率的加工技术，在材料加工领域有着广泛的应用。
飞秒激光微纳加工技术利用飞秒激光对材料进行加工，其脉冲时间极短（飞秒级）能量极强，可以在材料表面产生微纳米级的加工效果，因此在多种材料的加工领域都有着很好的应用效果。
本文将从金属材料、半导体材料和生物材料等多个方面介绍飞秒激光微纳加工技术在多种材料加工领域的应用。
一、金属材料加工金属材料在工业生产中有着广泛的应用，因此金属材料加工技术一直是工业制造业领域的重要内容。
传统的金属材料加工技术主要包括激光切割、数控加工等，但是这些加工技术在微纳加工领域的应用效果并不理想。
而飞秒激光微纳加工技术正是解决这一问题的利器。
飞秒激光微纳加工技术利用极短的激光脉冲，可以在金属表面产生微纳米级的加工效果，包括微槽、微凹、微孔等。
这种加工技术在金属材料微纳加工领域具有非常广阔的应用前景。
飞秒激光微纳加工技术可以用于制造微孔板、微流道、微电极等微纳米结构，也可以用于金属材料的微纳米加工表面改性，提高材料的性能和功能。
二、半导体材料加工半导体材料是现代电子、光电材料的基础，半导体材料的微纳加工技术对于微电子器件、光电器件等领域有着重要的意义。
传统的半导体材料加工技术主要包括光刻、蚀刻等，但是这些加工技术在微纳加工领域存在一系列的缺陷，例如分辨率不高、加工精度不够等。
飞秒激光微纳加工技术在多种材料加工领域都有着广泛的应用前景。
随着飞秒激光微纳加工技术的不断发展和进步，相信它将在更多的材料加工领域发挥重要作用，为材料加工领域的发展注入新的动力。
飞秒激光微纳加工技术在多种材料加工领域的应用
飞秒激光微纳加工技术在多种材料加工领域的应用1. 引言1.1 飞秒激光微纳加工技术概述飞秒激光微纳加工技术是一种基于飞秒激光的微纳米加工技术，其特点是在极短时间内（飞秒级别）完成材料的加工过程，具有高精度、低热影响区、无需后续加工等优点。
飞秒激光微纳加工技术通过聚焦激光光束在材料表面产生极高的局部能量密度，使材料在极短时间内产生非线性吸收或光离解效应，从而实现微纳米级的加工。
飞秒激光微纳加工技术在材料加工领域具有广泛的应用前景，可以用于金属、非金属、生物、光学、半导体等材料的加工。
随着激光技术和材料科学的不断发展，飞秒激光微纳加工技术将在高精度光学器件、生物医学器件、半导体器件等领域发挥越来越重要的作用。
飞秒激光微纳加工技术的发展离不开材料科学、光学技术、激光技术等多个学科的交叉融合，其应用前景非常广阔。
随着技术的不断进步和创新，飞秒激光微纳加工技术必将在未来取得更加广泛和深入的应用。
2. 正文2.1 飞秒激光微纳加工技术在金属材料加工领域的应用飞秒激光微纳加工技术在金属材料加工领域具有很广泛的应用前景。
飞秒激光可以实现高精度的加工，对于金属材料的微细加工非常适用。
飞秒激光可以在不损伤周围材料的情况下进行加工，因此可以避免出现热影响区和变质现象，保持加工件的完整性和质量。
飞秒激光加工速度快，效率高，可以大幅提升生产效率。
在金属材料加工领域，飞秒激光微纳加工技术被广泛应用于微孔加工、微槽加工、微纳米结构加工等领域。
飞秒激光可以用于制造微型零部件、微型器件和微型模具，广泛应用于微机械、精密仪器、光电子器件等领域。
飞秒激光还可以进行表面改性、激光打标等应用，为金属材料的功能性提升带来了新的可能性。
飞秒激光微纳加工技术在金属材料加工领域的应用前景十分广阔，将会为金属材料加工领域带来更多创新和发展机遇。
随着技术的不断进步和完善，相信飞秒激光在金属材料加工领域的应用将会得到进一步拓展和深化。
2.2 飞秒激光微纳加工技术在非金属材料加工领域的应用1. 陶瓷材料加工：飞秒激光可以在陶瓷材料上进行高精度的微纳加工，例如雕刻微小的凹坑、槽道等结构，可用于制作微型元器件、传感器等应用。
飞秒激光加工技术在传感器制备中的应用研究
飞秒激光加工技术在传感器制备中的应用研究近年来，飞秒激光加工技术作为一种新型的微纳加工工艺，在传感器制备中应用越来越广泛。
它可以实现对微米甚至纳米级别的加工精度和材料加工效率，同时具有较高的加工质量和可重复性，具有很好的应用前景。
一、飞秒激光加工技术概述飞秒激光加工技术主要采用飞秒激光脉冲来加工材料。
飞秒激光是一种在飞秒时间尺度（10^-15 s）内能够产生高峰值功率的光脉冲，它的特点是脉冲宽度非常短，能量密度很高，可以实现非常高的加工精度和加工质量。
在传感器制备中，利用飞秒激光加工技术可以对各种材料进行微米甚至纳米级别的加工，包括金属材料、有机材料、半导体材料和生物材料等，这些材料都可以用于传感器的制备。
二、 1. 金属传感器材料的加工金属材料在传感器制备中应用广泛，包括金属电极、金属氧化物传感器等。
利用飞秒激光加工技术可以实现金属材料的微米级别加工，包括制备金属几何结构、打孔和刻蚀等。
例如，在金属氧化物传感器制备中，可以利用飞秒激光加工技术制备颗粒的高度一致的纳米结构，提高传感器的灵敏度和响应速度。
2. 有机材料的加工有机材料在传感器制备中应用广泛，包括有机光电传感器、有机场效应晶体管等。
利用飞秒激光加工技术可以实现有机材料的纳米级别加工，包括制备微结构和打孔。
例如，在有机场效应晶体管制备中，可以利用飞秒激光加工技术制备纳米级别的结构，提高器件的性能。
3. 半导体材料的加工半导体材料在传感器制备中应用广泛，包括半导体光电传感器、半导体气体传感器等。
利用飞秒激光加工技术可以实现半导体材料的纳米级别加工，包括制备微结构和打孔。
例如，在半导体气体传感器制备中，可以利用飞秒激光加工技术制备亲水性区域和疏水性区域，提高传感器的灵敏度和选择性。
4. 生物材料的加工生物材料在传感器制备中应用广泛，包括生物传感器、生物芯片等。
利用飞秒激光加工技术可以实现生物材料的微米级别加工，包括制备微结构和打孔。
例如，在生物传感器制备中，可以利用飞秒激光加工技术制备微米级别的结构，提高传感器的灵敏度和检测范围。
飞秒激光微加工技术研究及其应用
飞秒激光微加工技术研究及其应用随着科技的日益发展，飞秒激光微加工技术也越来越受到人们的关注。
这种技术利用飞秒激光的短脉冲和高能量密度，对材料进行微加工和微加工制造。
本文将介绍飞秒激光微加工技术的研究和应用，以及对未来的展望。
一、飞秒激光微加工技术研究飞秒激光微加工技术是一种先进的加工技术，其主要原理是通过高速的飞秒脉冲激光照射在材料表面，产生局部熔化和蒸发的现象，从而实现微加工和微加工制造。
这种技术所使用的激光脉冲时间非常短，只有几百飞秒，从而可以大大减少加工产生的热量和机械压力。
飞秒激光微加工技术的研究主要涉及到激光源的开发、加工机器的设计和开发、加工过程控制技术等方面。
激光源是飞秒激光微加工技术的核心，目前主要有铝镓镓砷（AlGaAs）、纳米抽运钛宝石（Nd:YAG）、纳米纤维激光（NFL）等类型的激光源被广泛应用于该技术领域。
此外，加工机器的设计和开发也是该技术研究的重点之一，通过优化机器结构、改进系统控制，可以提高加工的精度和效率。
二、飞秒激光微加工技术应用飞秒激光微加工技术具有高精度、高效率、高品质的特点，被广泛应用于制造、信息、能源、生命科学等领域。
以下将结合实际应用案例，介绍飞秒激光微加工技术的具体应用。
1. 精密制造精密制造是飞秒激光微加工技术的主要应用领域之一。
该技术可以用于制造微型零部件、微型机械、模具等产品。
例如，飞秒激光微加工技术可以制造微型LED芯片，利用飞秒激光脉冲加工出微结构，提高LED的光转换效率。
此外，在MEMS和MOEMS等领域，飞秒激光微加工技术也被广泛应用。
2. 信息技术飞秒激光微加工技术在信息技术领域中的应用主要涉及到光存储和光通信技术。
利用飞秒激光微加工技术可以制造出高分辨率的光栅和微孔阵列，作为信息记录介质，实现超高容量的光存储；同时也可以制造出高品质的光通信设备，实现高速、高容量、低损耗的光通信。
3. 能源科学飞秒激光微加工技术在能源科学领域中的应用主要涉及到纳米材料的制造和太阳能电池的研究。
研究方向---飞秒激光微加工技术
飞秒激光微加工技术国内外的研究现状超短、超强和高聚焦能力是飞秒激光的3大特点。
飞秒激光脉宽可短至4 fs(1 fs=10-15 s)以内…，峰值功率高达拍瓦量级(1 Pw=1015w)聚焦功率密度达到1020-1022 W／cm2。
飞秒激光可以将其能量全部、快速、准确地集中在限定的作用区域，实现对玻璃、陶瓷、半导体、塑料、聚合物、树脂等材料的微纳尺寸加工，具有其它激光加工无法比拟的优势：①耗能低，无热熔区，"冷"加工；②可加工的材料广泛：从金属到非金属再到生物细胞组织，甚至是细胞内的线粒体；③高精度、高质量、高分辨率，加工区域可小于焦斑尺寸，突破衍射极限；④对环境没有特殊要求，无污染。
飞秒激光微加工是当今世界激光、光电行业中极为引人注目的前沿研究方向。
世界各国学者在飞秒激光与材料相互作用机理研究方面已取得重大的进展，开发出以钛宝石激光器为主的飞秒激光微加工系统，开展了飞秒激光微纳加工的工艺研究，促进了多学科的融合，推动着飞秒激光微纳加工技术向着低成本、高可靠性、多用途、产业化的方向发展。
飞秒激光微加工技术将在超高速光通讯、强场科学、纳米科学、生物医学等领域具有广泛的应用和潜在的市场前景。
本文旨在综述飞秒激光微加工技术国内外的研究状况，介绍飞秒激光微加工的重要应用，展望其今后的发展趋势。
1 国内外飞秒激光微加工技术研究状况1．1飞秒激光微加工基础理论的研究飞秒激光加工机理的研究、试验大多是探索陛的，多与长脉冲情形相比较而确定飞秒激光的烧蚀特性，在一定程度上解释了飞秒激光与物质相互作用的物理本质。
目前理论研究较系统的材料有金属和透明介质。
(1)金属前苏联Anisimov SI等人于1975年第一次提出了超短脉冲烧蚀金属材料的双温模型。
该模型从一维非稳态热传导方程出发，考虑到超短脉冲作用时，存在光子与电子、电子与晶格两种不同的相互作用过程，列出了电子与晶格的温度变化微分方程，即双温方程。
飞秒激光微纳加工技术在多种材料加工领域的应用
飞秒激光微纳加工技术在多种材料加工领域的应用
飞秒激光微纳加工技术是一种利用飞秒脉冲激光器进行材料加工的先进技术。
由于飞秒脉冲激光具有非常短的脉冲宽度和高的峰值功率密度，它能够实现精细的微纳加工，对各种材料都有广泛的应用。
飞秒激光微纳加工技术在材料加工领域的应用非常广泛。
在金属材料加工领域，飞秒激光可以实现高精度和高效率的雕刻、切割和打孔。
由于飞秒激光的脉冲宽度非常短，加工过程中热影响区域很小，可以避免或减少材料的热变形和烧蚀现象，从而得到更加精细和光滑的加工表面。
在非金属材料加工领域，飞秒激光也具有独特的优势。
对于玻璃材料的加工，传统的激光加工会产生较大的热应力，容易导致玻璃破裂。
而飞秒激光的加工过程中，由于热影响区域很小，可以有效地避免热裂纹的产生，实现对玻璃材料的精细加工。
飞秒激光微纳加工技术还可以应用于生物医学领域。
飞秒激光可以用于对细胞和组织的切割、光学组件的制备、生物标记物的加工等。
由于飞秒激光对生物组织具有较小的热损伤和操控力，可以实现对生物组织的高精度和非侵入性的加工，为生物医学研究和治疗提供了新的可能性。
飞秒激光微纳加工技术还可以应用于光子学器件的制备。
光学器件通常需要具有非常精细的结构和尺寸，飞秒激光可以通过控制激光参数和加工条件，实现对光学器件的高精度加工和制备。
飞秒激光可以用于制备光波导器件、光纤连接器、探测器等。
这些光学器件具有更高的性能和更小的尺寸，对于光通信和光子学应用具有重要意义。
飞秒激光在微细加工中的应用研究
飞秒激光在微细加工中的应用研究飞秒激光是一种在微细加工领域广泛应用的技术。
相比传统的加工方法，飞秒激光具有更高的精度和更少的热影响。
在本文中，将详细介绍飞秒激光在微细加工中的应用研究进展。
第一部分：飞秒激光的基本原理飞秒激光是一种超短激光，通常指脉冲宽度在飞秒级别（10^-15秒）的激光。
飞秒激光具有很高的光强度和能量密度，可以在极短的时间内将材料加工。
同时，由于其脉冲宽度非常短，因此在加工过程中产生的热影响非常小，可以减少材料的变形和损伤。
飞秒激光的产生原理是利用激光器产生的光束通过非线性光学晶体的频率倍增和棕色运动加固化产生的。
飞秒激光的波长通常在可见光和红外光之间，具有很好的可见性和穿透力。
第二部分：飞秒激光在微细加工中的应用飞秒激光在微细加工中具有广泛的应用。
下面将介绍一些典型的应用案例。
1.梯形结构加工梯形结构是微电子器件中常见的结构之一。
传统的加工方法通常采用化学腐蚀或者电解加工，但是这些方法在材料损伤和加工精度上存在一定的问题。
飞秒激光可以精确控制梯形结构的大小和形状，同时在加工过程中不会产生任何热影响，可以用于制造高精度的微电子器件。
2.钢化玻璃加工钢化玻璃是一种具有很高强度和抗冲击性能的材料，通常应用于高端建筑和汽车领域。
传统的加工方法通常采用机械加工或者化学腐蚀，但是这些方法会损伤材料的表面光滑度和强度。
飞秒激光可以在玻璃表面制造非常小的裂纹，形成一定的弯曲形变，这样就可以在不破坏强度的情况下实现玻璃的加工和切割。
3.金属微孔加工金属微孔在医疗器械和电子器件中有广泛的应用。
传统的加工方法通常采用电化学加工和激光切割，但是这些方法在加工过程中会产生很多热影响和能量损耗。
飞秒激光可以利用光化学反应制造微孔，加工精度和质量都非常高。
第三部分：飞秒激光在未来的应用前景飞秒激光在微细加工中的应用已经非常广泛，但是还有很多潜在的应用前景。
下面将简要介绍一些未来可能的应用领域。
1.光电子器件光电子器件是将光电转换技术和微电子技术相结合的一种新型器件。
飞秒激光微加工的研究进展
飞秒激光微加工的研究进展顾理;孙会来;于楷;赵方方【摘要】The article reviews the progress of micro-fabrication by femtosecond laser at home and abroad in recent years. Femtosecond laser pulses have undergone through the laboratory process to become a useful tool for material mi-cro-nano-processing in industrial field. In this paper, we introduce the process of femto-second laser precise micro-nanofabrication. Two different fabrication mechanisms are described which are laser ablation and two photo polymerization. Finally,the existing problems and future development of micro-manufacture by femtosecond laser are discussed.%综述了近年来国内外利用飞秒激光微加工的研究进展.飞秒激光脉冲作为材料微纳加工的一项工具,已经从实验室进入到工业化阶段.介绍了飞秒激光在微纳加工领域的一些研究情况,分别就飞秒激光烧蚀微加工以及双光子聚合加工进行了阐述.最后分析了飞秒激光微加工目前存在的问题及未来发展的主要方向.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2013(043)001【总页数】5页(P14-18)【关键词】飞秒激光;微加工;烧蚀;双光子聚合【作者】顾理;孙会来;于楷;赵方方【作者单位】天津市现代机电装备重点实验室天津工业大学机械工程学院,天津300387;四川省制造与自动化重点实验室西华大学,四川成都610039;天津市现代机电装备重点实验室天津工业大学机械工程学院,天津300387;四川省制造与自动化重点实验室西华大学,四川成都610039;辽宁省铁岭港华燃气有限公司技术设备部,辽宁铁岭112000;天津市现代机电装备重点实验室天津工业大学机械工程学院,天津300387;四川省制造与自动化重点实验室西华大学,四川成都610039【正文语种】中文【中图分类】TN2491 引言激光作为20世纪最伟大的发明之一，自1960年Maiman利用红宝石实现的第一台激光器，已经经历了五十余年。
飞秒激光加工技术在微纳加工中的应用研究
飞秒激光加工技术在微纳加工中的应用研究一、绪论微纳加工技术已成为当今材料制备与加工领域的研究热点。
随着科学技术的不断发展和人们对高精度加工的需求不断提高，对微米级甚至纳米级加工技术的研发与开展越来越重要。
而飞秒激光加工技术，因其具有高效、高精度、低热影响等优点，越来越受到研究者的关注。
本文将对飞秒激光加工技术在微纳加工中的应用进行综述，并探讨其在制造业领域中的前景及其未来发展方向。
二、飞秒激光加工技术介绍飞秒激光加工技术是一种在激光脉冲时间尺度为飞秒级别时实现加工的一种技术。
激光在时间尺度上的短脉冲及在空间上的高集光性质，可以实现对细小尺度精细结构的加工。
与传统激光相比，飞秒激光加工技术具有优异的加工质量、精度和加工效率，它所耗费的能量也比传统激光小得多，因此在微纳加工领域中越来越受到关注。
三、飞秒激光加工技术在微纳加工中的应用1.微纳电子器件加工飞秒激光加工技术在微纳电子器件加工中表现出了广泛的应用。
其高精度、非接触式的特点，使其能够实现高质量、高精度的电路板加工、微机电系统加工和微纳机电系统加工。
2.微纳机械加工利用飞秒激光加工技术制备微机械元件，主要是利用激光在材料表面产生溶解、氧化反应及蒸发、剥离等现象，实现微机械构件的轮廓切割、表面粗糙度控制等。
3.微纳材料加工飞秒激光加工技术在微纳材料加工领域的应用受到广泛关注。
它主要应用于微纳加工材料的加工、改性和改良等方面，这些材料包括陶瓷材料、金属材料、高分子材料等。
四、飞秒激光加工技术的发展趋势随着工业技术的不断发展和市场需求的变化，飞秒激光加工技术在未来的发展趋势也有所变化。
下面是我们对飞秒激光加工技术的发展趋势做一个简要的分析：1.发展高速飞秒激光加工技术目前，飞秒激光加工技术的加工速度较慢，这限制了它在大规模工业生产中的应用。
未来的研究方向是发展高速飞秒激光加工技术，提高其加工效率。
2.多波长飞秒激光加工技术的研究为了实现对不同材料的加工，飞秒激光加工技术需要不同的波长，未来的发展方向是研究多波长飞秒激光加工技术，拓展其适用范围。
飞秒激光及其应用进展
飞秒激光及其应用进展超短脉冲时代是从1960年代末1970年代初提出激光锁模技术时开始的，短短的20年后，出现了主动锁模，被动锁模，脉冲碰撞锁模（CPM），相加脉冲锁模等，锁模技术可以将脉冲缩短到皮秒是10-12秒甚至飞秒10-15秒。
在1980年代中期出现的自锁模技术和非线性啁啾脉冲放大技术，使我们真正进入了超短脉冲的时代。
利用这种技术可以产生一个高密度，高强度和高温高压领域是实验室天体物理在极端条件下，光与物质相互作用的极端物理条件，并提供了一个强大的高亮度X射线产生的重大科学研究手段。
此外，在第二十世纪90年代末，还发现飞秒激光的介质效应产生的长脉冲激光的独特性质有所不同，如区域、热效应小，空间选择性的作用，这些独特的性能，在许多领域有重要的应用价值，如微型光子器件的制造，医药，精细操作，三维度的光存储，纳米生物技术，纳米医学，这些应用已经引起了国内外的广泛关注。
飞秒激光其超短脉冲，超强峰值功率和高聚焦能力，因能够实现超精细和维微加工的特点获得了广泛关注和深入研究，所以飞秒激光技术发展迅速。
一、飞秒激光简介激光曾被人类视为神秘之光并已被广泛使用。
飞秒激光是近年来科学家们通过探究发现的更特殊的激光，简称FS是一种近红外光以脉冲形式运行，很短的时间，是衡量时间的标准尺度的长度。
1飞秒只有1秒的一千万亿分之一，即10-15秒。
飞秒激光有以下三个特点：1、利用飞秒激光获得的脉冲要比利用电子学方法获得的最短脉冲还短几千倍。
2、具有比目前全世界发电总功率还要多出百倍的瞬时功率，可达百万亿瓦。
3、空间区域可以集中到比头发的直径还要小，使周围的核力量的电场强度比其他电子还高几倍。
二、飞秒激光的发展历史飞秒激光的发展可分为四个阶段，目前已经历了前三个阶段正在进入第四个阶段。
60年代中后期的10-9～10-10s第一阶段是飞秒激光的早期阶段，其主要特点是建立锁模的理论和实验研究的各种各样的夹紧方法。
第二阶段是基于各种各样的锁模逐渐趋向于成熟的理论和方法为主要特征的70年代的10-11～10-12s，这个阶段皮秒（10-12）初步应用于化学和物理的领域。
飞秒激光加工技术及其应用研究
飞秒激光加工技术及其应用研究近年来，随着科技的不断进步和人们对精密加工需求的增加，飞秒激光加工技术逐渐崭露头角。
飞秒激光加工技术是一种利用飞秒激光脉冲对材料进行加工的先进技术，具有高精度、高效率、无热影响等优点，被广泛应用于微电子、光电子、生物医学等领域。
飞秒激光加工技术的原理是利用飞秒激光脉冲的超短时间特性，使其能量密度达到极高水平。
在飞秒时间尺度下，激光与材料的相互作用过程中，材料几乎没有时间来进行热传导，从而避免了传统加工中产生的热损伤。
同时，飞秒激光的能量较低，对材料的剥离和切割过程中，只有极小的热影响区域，减少了材料的变形和裂纹的产生。
飞秒激光加工技术在微电子领域的应用尤为广泛。
以半导体材料为例，传统加工方法往往会产生较大的热影响区域，导致材料结构的变化，从而影响器件的性能。
而飞秒激光加工技术能够实现对半导体材料的高精度切割和微细结构加工，不仅可以提高器件的性能，还可以减少材料的浪费。
此外，飞秒激光加工技术还可以用于半导体材料的修复和改良，提高材料的质量和稳定性。
在光电子领域，飞秒激光加工技术也有着广泛的应用。
光纤是光电子器件中不可或缺的重要组成部分，而光纤的端面加工对光纤的传输性能有着重要影响。
传统的光纤端面加工方法往往会引入较大的损耗和散射，而飞秒激光加工技术可以实现对光纤端面的高精度加工，提高光纤的传输效率和稳定性。
此外，飞秒激光加工技术还可以用于光纤的连接和光纤器件的制备，为光电子领域的发展提供了有力支持。
生物医学领域也是飞秒激光加工技术的重要应用领域之一。
飞秒激光加工技术可以实现对生物组织的高精度切割和微细加工，为激光手术和组织工程等领域提供了新的解决方案。
例如，飞秒激光可以用于角膜屈光手术中的角膜切割，实现对角膜的精确改变，从而矫正近视、远视等视觉问题。
此外，飞秒激光还可以用于生物组织的显微解剖和细胞的精细操作，为生物医学研究提供了有力工具。
飞秒激光加工技术的发展离不开材料科学和光学技术的进步。
新型激光微加工技术发展趋势及应用
新型激光微加工技术发展趋势及应用随着工业科技的不断进步，激光微加工技术已经成为了当今世界上的关键技术之一。
激光微加工是指利用激光对材料进行微小的加工处理，其切口尺寸可以达到微米或更小。
激光微加工已经广泛应用于各个领域，如汽车制造、电子设备、精密模具等等。
本文将介绍新型的激光微加工技术发展趋势及其应用。
一、飞秒激光微加工技术飞秒激光微加工技术是近年来发展最快的微加工技术之一，它可以在几个皮秒到飞秒之间产生非常短的激光光脉冲。
这种技术可以用于加工各种材料，包括金属、陶瓷和聚合物等。
飞秒激光微加工技术的一个主要优势是可以实现非常精细的加工。
激光可以在材料表面创建小坑，这些坑可以被用于制造纳米级别的器件。
此外，飞秒激光微加工技术还可以用于制造三维微结构，这些结构可以用于制造微流控芯片、微机电系统和微电子设备等等。
二、超快激光微加工技术超快激光微加工技术是在飞秒激光微加工技术基础上发展而来的。
超快激光可以在几十皮秒到几百飞秒之间产生非常短的激光光脉冲。
这种技术可以用于加工各种材料，包括金属、陶瓷和聚合物等。
超快激光微加工技术的一个主要优势是可以实现非常高效的加工。
它可以在非常短的时间内实现微小的切削和抛光，从而大大提高了加工效率。
此外，超快激光微加工技术还可以用于制造微型传感器和生物芯片等等。
三、无废弃激光微加工技术无废弃激光微加工技术是指利用激光对材料进行加工处理时不产生任何废弃物。
这种技术可以用于加工各种材料，包括金属、陶瓷和聚合物等。
无废弃激光微加工技术的一个主要优势是可以实现非常环保的加工。
它可以避免产生任何废弃物，从而减少了对环境的影响。
此外，无废弃激光微加工技术还可以用于制造微型传感器和生物芯片等等。
四、应用领域激光微加工技术已经广泛应用于各个领域，如汽车制造、电子设备、精密模具等等。
在汽车制造领域，激光微加工技术可以用于制造发动机部件、制动器和传动系统等等。
它可以大大提高汽车性能和经济性。
在电子设备领域，激光微加工技术可以用于制造半导体器件、LED和显示屏等等。
飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术及其应用
飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术及其应用飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术，可以说是近年来在微纳加工领域备受关注的一项前沿技术。
它利用飞秒脉冲激光器产生的极短脉冲（飞秒级别）以及双光子吸收效应，实现对材料的高精度加工，具有极大的应用潜力和研究价值。
一、飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术的原理及特点：1.飞秒脉冲激光的特点飞秒脉冲激光，顾名思义，就是脉冲宽度在飞秒量级的激光。
由于其脉冲宽度极短，因此在时间上可以看做是一种瞬态加热。
这样的特点使得其在材料加工中可以减少热影响区，实现高精度加工，避免了传统激光加工中的热损伤和机械应力。
2.双光子吸收效应双光子吸收效应是指当两个低能量光子同时作用于原子或分子时，其总能量足以使原子或分子从基态跃迁至激发态。
这种效应在飞秒脉冲激光加工中起到了至关重要的作用，因为它可以实现对绝大多数材料的高效加工，同时避免了传统激光加工中常见的光学非线性效应和热扩散效应。
3.微纳加工的实现飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术通过控制激光脉冲参数以及材料的光学性质，可以实现对微纳米结构的精确加工。
这包括了微孔加工、微凸点加工、微纳米结构的拓扑形貌调控等，为微纳电子学、集成光电子学、微纳光学等领域的发展提供了新的可能性。
二、飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术在各领域的应用：1.微纳电子学在微纳电子学领域，飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术可以实现对电子器件的微纳米加工，包括微通道、微电极、微结构的制备，为电子器件的制备提供了新的技术手段。
2.生物医学领域在生物医学领域，飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术可以用于细胞外基质的微纳米结构加工，包括细胞外基质模拟体的制备、生物传感器的制备等，为生物医学研究和临床诊断提供了新的途径。
3.光学通信在光学通信领域，飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术可以用于光波导器件的微纳米加工，包括光波导的界面平整化、光波导的微孔加工等，为光学通信器件的制备提供了新的技术支持。
三、个人观点及总结回顾：飞秒脉冲激光双光子微纳加工技术的出现，不仅为微纳加工领域带来了新的技术突破，也为微纳器件的制备和应用提供了新的可能性。
飞秒激光在材料加工中的热效应研究
飞秒激光在材料加工中的热效应研究飞秒激光是一种高能量、短脉冲、高平均功率的激光，具有独特的物理特性和广泛的应用前景。
在材料加工领域，飞秒激光已经成为一种重要的加工工具。
它能够实现高精度、高效率的微细加工，取得了显著的研究进展。
本文将重点探讨飞秒激光在材料加工中的热效应研究。
首先，我们需要了解热效应在飞秒激光加工中的重要性。
由于飞秒激光的超快脉冲宽度，其能量较短时间内集中在材料表面非常小的区域内，并迅速沉积能量。
这种非线性吸收作用使得材料发生光热效应，导致材料的显微结构和热力学性质发生变化。
因此，研究飞秒激光加工中的热效应对于深入理解材料的物理化学性质、优化加工过程具有重要意义。
其次，飞秒激光加工中的热效应主要表现在材料的热膨胀、熔化和汽化过程中。
飞秒激光脉冲能够在瞬间产生高温，使得材料局部热膨胀，并且由于热惯性的存在，热传导速度很小，导致局部区域发生热应力，进而引起材料的破裂。
另外，当超过材料的熔点时，飞秒激光能够使材料迅速熔化，形成液态区域，并通过表面张力与冷却速率之间的竞争，控制材料的结晶状态。
而当能量密度继续增加时，材料会发生汽化，形成等离子体，从而进一步改变材料的物理性质。
进一步研究飞秒激光加工中的热效应，不仅可以优化加工工艺参数，提高加工效率和质量，还可以拓展新的应用领域。
例如，在微电子器件加工中，了解热效应有助于控制材料的晶格结构和电子输运性质，从而提高器件的性能和可靠性。
在生物医学应用中，通过控制热效应可以实现精确的组织切割、凝固和焊接，为医学手术提供了新的选择。
然而，研究飞秒激光加工中的热效应也面临一些挑战。
首先，由于飞秒激光和材料之间的相互作用很复杂，需要综合考虑光学、热学、动力学等多个因素，建立准确的数学模型。
其次，飞秒激光加工中的热效应通常是瞬态的，需要采用高速成像技术来实时观察和分析。
此外，不同材料对飞秒激光加工中的热效应具有不同的响应，因此需要针对不同材料开展针对性的研究，以实现更好的加工效果。
飞秒激光微加工的研究进展
ｙ ｅ ａ ｒ ｓ ． Ｆｅ ｍｔ ｏ ｓ ｅ ｃ ｏ ｎ ｄ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｐｕ ｌ ｓ ｅ ｓ ｈ ａ ｖ ｅ ｕｎ ｄ ｅ ｒ ｇ ｏ ｎ ｅ ｔ ｈｒ ｏ ｕｇ ｈ ｔ ｈｅ ｌ ａ ｂｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｙ ｒ ｐｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｔ ｏ ｂ ｅ ｃ ｏ ｍｅ ａ ｕｓ ｅ ｆ ｕ ｌ ｔ ｏ ｏ ｌ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｅ ｉａ ｒ ｌ ｍｉ —
第４ ３卷 第 １期
２ ０ １ ３年 １ 月
激 光 与 红 外
Ｌ ＡＳ ＥＲ ＆ Ｉ ＮＦ Ｒ ＡＲＥ Ｄ
Ｖｏ Ｉ ＿ ４ ３． Ｎｏ． １
Ｊ ａ ｎ ｕ ａ ￣， ２ ０１ ３
文章编号 ： １ ０ ０ １ － ５ ０ ７ ８ （ ２ ０ １ ３ ） Ｏ １ － ０ ０ １ ４ － ０ ５
・
综述 与评论 ・
飞秒 激 光 微 加 工 的研 究 进展
顾 理 ， 孙会 来 一， 于 楷。 ， 赵 方方
（ １ ． 天津市现代机电装备 重点实验室天津工业大学机械工程学院 ， 天津 ３ ０ ０ ３ ８ ７ ； ２ ． 四川省制造与 自动化重点实验 室西华大学 四川 成都 ６ １ ０ ０ ３ ９； ３ ． 辽 宁省铁岭港华燃气有限公司技术设备部 ， 辽宁 铁岭 １ １ ２ ０ ０ ０ ）
飞秒激光技术的应用及其发展趋势
飞秒激光技术的应用及其发展趋势飞秒激光技术是一种最新的激光技术，它的出现引起了全球的关注。
众所周知，激光技术有很多应用，但一直以来，激光技术都存在着一个亟待解决的问题，那就是光与物质相互作用时的能量损失问题。
为了解决这个问题，飞秒激光技术应运而生。
下面我们将来讨论一下飞秒激光技术的应用及其发展趋势。
一、飞秒激光技术的应用1. 生物技术领域飞秒激光技术在生物技术领域中的应用很突出，因为它可以有效地进行细胞和组织的精确切割，并且不会对细胞和组织造成伤害。
这一发现在生物学和医学领域中有着广泛的应用，比如可以用来进行DNA的定序和修缮、进行眼科手术等等。
2. 纳米技术领域飞秒激光技术在纳米技术领域中也有着重要的应用，因为利用飞秒激光技术可以对纳米材料进行加工，制作高精度的微观器件和微结构，开拓了全新的纳米技术应用领域。
比如可以用来制造纳米管、纳米显微镜等等。
3. 量子技术领域飞秒激光技术在量子技术领域中也发挥着重要的作用，它可以用来制造量子点、量子线和量子井等等量子器件，这些器件可以实现高效的量子计算和通讯。
这一技术在计算机科学和通讯工程领域中有着巨大的应用前景。
二、飞秒激光技术的发展趋势飞秒激光技术的发展趋势主要体现在三个方面：技术发展、应用扩展、市场规模。
1. 技术发展飞秒激光技术在未来的技术发展方面主要包括以下几个方面：（1）提高机器的精度和稳定性，减小误差和工作时间。
（2）改进激光的光束质量，提高能量利用率。
（3）提高加工速度和效率，满足更多的应用需求。
2. 应用扩展飞秒激光技术在应用扩展方面，将发挥更大的作用。
未来将涉及到更多的领域，掌握飞秒激光技术将是一项非常重要的技能。
（1）医疗领域：飞秒激光技术将会在手术和治疗方面得到广泛应用。
（2）工业领域：可以用来制造高精度的器件和零部件，用于航空、汽车等重要的工业领域。
（3）电子领域：可以制造高质量的微电子器件，开拓电子领域的新应用方向。
3. 市场规模随着飞秒激光技术的发展，其市场规模也将不断扩大。
飞秒激光成像技术在微观加工中的应用研究
飞秒激光成像技术在微观加工中的应用研究飞秒激光是一种能量巨大、时间极短的激光，其脉冲宽度仅为飞秒级别（1飞秒=10^-15秒），是常规激光的千倍以上。
飞秒激光具有很多独特的物理特性，如高能量密度、极短脉冲宽度、小热影响区等，因此在科学研究、工业加工等领域都有广泛的应用。
近年来，飞秒激光成像技术已经成为微观加工领域的一个热点。
一、飞秒激光成像技术的原理飞秒激光成像技术是指利用飞秒激光脉冲的特殊光学性质，对样品进行高分辨率、三维深度成像的技术。
飞秒激光脉冲具有极高的能量密度，可以使材料在短时间内瞬间溶解、汽化，产生等离子体。
在等离子体产生的瞬间，飞秒激光束会扫描样品表面，获取等离子体产生瞬间的反射光，然后通过数学反演算法，重建出样品的表面形貌或内部结构。
二、飞秒激光成像技术在微观加工中的应用1. 生物医学领域飞秒激光成像技术可以进行非侵入式的三维形貌成像，同时对生物样品的内部结构进行成像。
利用飞秒激光成像技术，可以研究生物细胞、细胞器、细胞核等微观结构的三维形貌，从而更好地理解生物活动的基本过程。
同时，飞秒激光成像技术还可以进行高精度的光学切割，用于生物样品的微创治疗。
2. 光电子学领域飞秒激光成像技术可以对光电子学材料进行高分辨率、三维深度成像，从而研究材料的电子结构和光电性质。
此外，在光电子学器件的制造中，飞秒激光成像技术可以进行高精度的刻蚀和加工，从而实现高性能光电子器件的制造。
3. 材料加工领域飞秒激光成像技术可以进行高精度、高效率的材料加工。
利用飞秒激光的高能量密度和小热影响区，可以实现高精度的微弧氧化、图案化薄膜制备、微凸轮廓制备等材料加工过程。
同时，飞秒激光还可以实现高精度的微孔加工和微通道加工等微细加工。
三、飞秒激光成像技术的发展趋势未来，随着飞秒激光技术的不断进步和发展，飞秒激光成像技术在微观加工领域的应用将会越来越广泛。
此外，人们还将探索飞秒激光在生物医学、光电子学、材料科学、纳米技术等领域的更多应用。
飞秒激光微结构加工工艺的研究的开题报告
飞秒激光微结构加工工艺的研究的开题报告一、选题的背景与意义在现代制造业中，微结构加工技术已经成为一项重要的技术。
飞秒激光技术是一种常用的微结构加工方法之一，该技术具有非常短的脉冲宽度和高峰功率，能够实现高精度、高效率的微观加工。
因此，飞秒激光微结构加工技术在微纳加工、生物医学、光电子等领域具有广泛的应用前景。
本选题基于飞秒激光微结构加工技术，旨在研究该技术在微纳加工中的应用与发展，探究飞秒激光微结构加工的工艺、优化方法和加工效果，为该技术的推广与应用提供理论依据。
二、研究内容1. 飞秒激光微结构加工工艺的理论与研究进展2. 飞秒激光微结构加工的工艺参数优化方法和评价指标3. 飞秒激光微结构加工过程中的热效应及其影响因素4. 飞秒激光微结构加工在微纳加工中的应用与发展三、研究计划与预期目标1. 飞秒激光微结构加工工艺的理论与研究进展：总结已有的研究成果，分析该技术的工艺特点及其在微纳加工中的应用情况。
2. 飞秒激光微结构加工的工艺参数优化方法和评价指标：通过对工艺参数的实验研究，建立最优参数的优化模型，并介绍加工质量评价指标的选择和实现方法。
3. 飞秒激光微结构加工过程中的热效应及其影响因素：研究飞秒激光微结构加工过程中的热效应产生的机理及其影响因素，并提出相应的解决方案。
4. 飞秒激光微结构加工在微纳加工中的应用与发展：探究该技术在微纳加工领域的应用前景，研究该技术的发展趋势并提出进一步的改进方案。
预期目标为：深入研究飞秒激光微结构加工技术，提高该技术在微纳加工领域的应用水平，为相关领域的科学研究和产业应用提供有力支撑。
四、研究方法和技术路线研究方法：采用实验研究和文献调研相结合的研究方法，通过实验获得飞秒激光微结构加工的工艺参数和加工效果等数据，对文献中的概念和理论进行整理和提炼，综合分析研究结果，总结飞秒激光微结构加工的工艺规律，为实现优化的飞秒激光微结构加工提供支持。
技术路线：通过文献调研、实验研究、数据分析等方法，系统研究飞秒激光微结构加工技术，探讨其特点和优化方法，分析其在微纳加工中的应用，提供该技术的推广与应用的理论基础。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
284
飞秒激光微加工技术研究进展
黄文浩
中国科学技术大学精密机械与精密仪器系合肥 230026
摘要:本文主要介绍近两年来飞秒激光微加工技术进展,其中包括飞秒激光微加工原理与实验系统,微加工工艺研究以及双光子飞秒激光三维微器件和三维信息存储研究。
对双光子飞秒激光加工点分辨率也进行了有益的探索。
我们在国家自然科学基金和863, 985工程的资助下对飞秒双光子加工装备和加工工艺进行了深入研究,现将取得的阶段性结果报告如下:
1.飞秒双光子三维微细加工实验系统
从功能上划分,现有加工系统由以下四个部分组成:1飞秒激发源。
它由泵浦激光源和飞秒超快谐振腔组成。
2激光共焦显微镜系统。
当飞秒光束经滤光、衰减和扩束后引入共焦扫描显微镜。
通过一个大数值孔径的物镜将激光束聚焦到样品中,可以在激光焦点处实现局域范围内材料的双光子激发。
共焦显微镜系统在实验中还被用来进行三维存储信息的读取。
3曝光控制系统。
为了实现材料的三维成型,必须很好地控制飞秒光束的通断和材料的曝光位置。
这些功能通过光路中的光闸和三维PZT 扫描平台来实现,系统通过计算机控制来实现两者之间的协调动作。
4实时监测及信息读取部分。
激光焦点处材料所发生的变化可通过CCD 和PMT 进行实时监测(取决于材料是否存在激发荧光。
图1和图2分别为现有双光子加工系统的实物照片和系统示意图。
图
1. 飞秒双光子三维微细加工实验系统
285
1.1.飞秒激光系统
已建立的飞秒激光器是以二极管泵浦的固体激光器为超快泵浦源,泵浦激光为532nm 的连续光,超快部分的整体布置为X 型谐振腔。
在4.5W 的泵浦功率下,系统可输出500mW 连续的近红外激光。
利用Ti 宝石晶体的光Kerr 效应,使连续的红外激光发生自锁模,进而输出稳定的飞秒激光。
图3b 所示为飞秒激光脉冲重复频率的测量结果,图中激光脉冲的周期为12.5ns,即80MHz。
经测试,该激光器输出激光的脉宽为80fs,稳定输出功率>400mw,激光中心波长800nm。
图3a 为飞秒脉冲重复频率的测试结果,图3b
为激光脉冲的脉冲宽度测试结果。
图3. (a飞秒脉冲重复频率的测试结果 (b 脉冲宽度测试结果
1.2.飞秒激光双光子微细加工系统控制软件的开发
根据自行搭建加工系统的硬件情况,编制了一套控制加工软件。
软件与国际流行的
建模软件AutoCAD 有接口,并利用ObjectARX 和
Microsoft Visual C++6.0 来进行二
286
次开发,主要有:三维实体造型;实体模型离散分层处理和切片过程仿真以及三维模型重建模块;截面数据的提取与保存,结交平面数据的处理,即平面封闭环方向和复合环的判别,轮廓环的偏移计算和轮廓扫描路径的生成,平面实体内部填充的行栅式扫描路径的生成,扫描路径检查和CNC 指令的自动生成;成型过程的动态仿真等。
在生成加工代码的基础上,对纳米移动台的X、Y、Z 轴以及光开关进行联合控制,使四轴达到协调一致动作,实现三维立体加工。
图4为飞秒激光双光子微细加工系统控制软件的截面,在建模、实体离散、以及加工代码生成后进行的二维和三维的加工仿真。
错误!
图4. 飞秒激光双光子微细加工系统控制软件
2.进行了双光子加工工艺参数和加工分辨力研究
激发能量、所使用的聚焦物镜和材料的一些相关特性是影响双光子加工系统加工能力的重要因素。
应用现有双光子三维微细加工系统,着重就激发光强、覆盖率和物镜数值孔径等工艺参数进行了实验研究,实验结果如图5所示。
287
(a (b (c (d
图5.对不同材料进行的工艺实验结果
40×物镜NA=0.66正胶;(b(c40×物镜NA=0.66负胶;(d50×物镜(NA=0.85负胶
双光子微细加工系统的分辨能力直接影响三维器件成型的精度和质量。
根据自由基类
光聚合材料双光子加工分辨力的理论分析,提出等光强面的概念,在此基础上讨论了激发光强与系统加工分辨力之间的关系。
通过不同光强条件下双光子三维加工固化单元的实验,验证了等光强面和系统分辨力之间的对应关系,
径向分辨力:21
20
2(00/(ln(,(C t I C t I d sh φσω=
轴向分辨力:2/12/120
2(0]1/[(2,(−=th R C t I z t I l φσ
且 ]
(ln[
00
th th C ρρρ−=
图6分别给出了加工系统分辨力理论模拟和单元固化实验的结果。
目前,该双光子加工系统可实现在水平方向
200nm,垂直方向620nm
的加工分辨。
(a 不同激发功率下等光强面的分布及形态
(b 不同激发功率下双光子固化单元实验研究
图6.双光子微细加工系统的分辨能力研究
288
3.进行了三维微结构和微系统的双光子加工
应用已建立的飞秒双光子加工系统,我们分别针对Shipley1830、SCR500和西交大的负性光刻胶进行了三维加工的实验研究。
部分实验结果如图7所示。
(b SCR500双光子加工的三维结构
(d 利用飞秒双光子加工系统制作的光子晶体及其透射光谱
(a Shipley1830双光子加工的三维结构
(e 实现十层信息的写入和读出图 7. 三维微细加工实验结果感谢国家自然科学基金 50335050、50275140 和 863 项目 2003AA404-03 的支持。
289。