飞秒激光加工技术ppt
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第7讲飞秒微加工
超快超强激光物理学
第七讲 飞秒微制备与加工
龚旗煌 教授
北京大学物理学院现代光学研究所 人工微结构和介观物理国家重点实验室 中科院－北京大学联合超快光科学和激光物理中心
本文撰写时间仓促，有错误和不足之处，恳请批评指正。版权所有，引用请与作者联系！
第七讲、飞秒微制备与加工
高强度脉冲激光 — — 激光加工 优点： 无接触（与机械加工比较） 非真空条件（与X 射线、电子束、离子束） 深入体内 （三维加工） 作用区域小于衍射极限 （多光子）
CCD camera Shutter ND
CPA PC
Sample
3D stage
Setup Setup of of Femtosecond Femtosecond Microexplosion Microexplosion
北京大学
超快超强激光物理学
微爆炸点的光学图象
透射照明图象 北京大学
超快超强激光物理学
Contrast
2.0
1.5
1.0
0
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550
Depth (µm)
Contrast = Imax / I0 其中 Imax 是激光记录点中灰度最大的像素的光强， I0 是周围未 受影响区的光强
北京大学 超快超强激光物理学
四、飞秒微制备其它应用 金属、半导体材料表面加工 固体电介质材料中波导制备
北京大学
超快超强激光物理学
一、强激光与材料相互作用过程
光能
不透明材料
透明材料 多光子电离、雪崩电离
线性吸收
激发态电子 材料性质变化（融 化、折射率、形态 变化等） 电-声相互作用驰豫时间 τe
第七讲 飞秒微制备与加工
龚旗煌 教授
北京大学物理学院现代光学研究所 人工微结构和介观物理国家重点实验室 中科院－北京大学联合超快光科学和激光物理中心
本文撰写时间仓促，有错误和不足之处，恳请批评指正。版权所有，引用请与作者联系！
第七讲、飞秒微制备与加工
高强度脉冲激光 — — 激光加工 优点： 无接触（与机械加工比较） 非真空条件（与X 射线、电子束、离子束） 深入体内 （三维加工） 作用区域小于衍射极限 （多光子）
CCD camera Shutter ND
CPA PC
Sample
3D stage
Setup Setup of of Femtosecond Femtosecond Microexplosion Microexplosion
北京大学
超快超强激光物理学
微爆炸点的光学图象
透射照明图象 北京大学
超快超强激光物理学
Contrast
2.0
1.5
1.0
0
50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550
Depth (µm)
Contrast = Imax / I0 其中 Imax 是激光记录点中灰度最大的像素的光强， I0 是周围未 受影响区的光强
北京大学 超快超强激光物理学
四、飞秒微制备其它应用 金属、半导体材料表面加工 固体电介质材料中波导制备
北京大学
超快超强激光物理学
一、强激光与材料相互作用过程
光能
不透明材料
透明材料 多光子电离、雪崩电离
线性吸收
激发态电子 材料性质变化（融 化、折射率、形态 变化等） 电-声相互作用驰豫时间 τe
飞秒激光在屈光手术中的应用优秀课件
飞秒（femtosecond）也叫毫微微秒，简称fs， 是标衡时间长短的一种计量单位。
１飞秒只有１秒的一千万亿分之一，即 1e−15秒或0.001皮秒（1皮秒是，1e−12秒）。
每一个脉冲激光的焦点持续 10-15 秒
飞秒激光的特点
脉冲的方式发射能量，持续时间非常短， 不产生热效应
由于能量作用与时间成反比,故飞秒激光具 有极高瞬时功率
能聚焦很大的能量到极小的空间区域，进 行微精细切割
飞秒激光与角膜组织间是一种光致分解作 用
飞秒激光对角膜的作用原理
飞秒激光能在非常短的时间里聚焦于组织内极狭 小的空间,使组织电离并形成等离子体。
等离子体产生的电磁场强度比原子核对其周围电 子的作用力还大数倍,使组织发生光裂解
爆破产生含CO2 和水的微小气泡,成千上万紧密相 连的激光脉冲产生数以万计的小气泡连在一起
结论：飞秒激光是方向
LDV 飞秒激光
瑞士Ziemer公司
飞秒激光手术占总体 手术的90%以上
极致的高深是简单
——达芬奇
Z-LASIK飞秒激光手术
技术优势（高频，低能）:
最快速的飞秒激光: 脉冲频率> 1 MHz 最小的点爆破空间< 2x2x2 µm 最低的单脉冲能量(<100nJ) 超短的脉冲时间 ~250 femtoseconds
原因： 媒体片面炒作 社会公信力缺失 最重要的是：患者对手术安全性的担心
Lasik手术安全性和有效性
Lasik手术 关键操作
如何完成一例完美的Lasik手术？ 角膜瓣的制作 准分子激光切削
如何避免手术中并发症的发生？ 角膜瓣并发症的发生率？ 游离瓣、碎瓣、纽扣瓣、不完全瓣、角膜
电离辐射
热辐射
１飞秒只有１秒的一千万亿分之一，即 1e−15秒或0.001皮秒（1皮秒是，1e−12秒）。
每一个脉冲激光的焦点持续 10-15 秒
飞秒激光的特点
脉冲的方式发射能量，持续时间非常短， 不产生热效应
由于能量作用与时间成反比,故飞秒激光具 有极高瞬时功率
能聚焦很大的能量到极小的空间区域，进 行微精细切割
飞秒激光与角膜组织间是一种光致分解作 用
飞秒激光对角膜的作用原理
飞秒激光能在非常短的时间里聚焦于组织内极狭 小的空间,使组织电离并形成等离子体。
等离子体产生的电磁场强度比原子核对其周围电 子的作用力还大数倍,使组织发生光裂解
爆破产生含CO2 和水的微小气泡,成千上万紧密相 连的激光脉冲产生数以万计的小气泡连在一起
结论：飞秒激光是方向
LDV 飞秒激光
瑞士Ziemer公司
飞秒激光手术占总体 手术的90%以上
极致的高深是简单
——达芬奇
Z-LASIK飞秒激光手术
技术优势（高频，低能）:
最快速的飞秒激光: 脉冲频率> 1 MHz 最小的点爆破空间< 2x2x2 µm 最低的单脉冲能量(<100nJ) 超短的脉冲时间 ~250 femtoseconds
原因： 媒体片面炒作 社会公信力缺失 最重要的是：患者对手术安全性的担心
Lasik手术安全性和有效性
Lasik手术 关键操作
如何完成一例完美的Lasik手术？ 角膜瓣的制作 准分子激光切削
如何避免手术中并发症的发生？ 角膜瓣并发症的发生率？ 游离瓣、碎瓣、纽扣瓣、不完全瓣、角膜
电离辐射
热辐射
飞秒激光加工技术ppt课件
18
同时飞秒量级脉冲有着非常高的瞬时功率,产生的光 电场强度比原子内部库仑场高数倍,材料内部原有的 束缚力已不足以遏止高密度离子、电子的迅速膨胀, 最终使作用区域内的材料以等离子体向外喷发的形 式得到去除,实现了激光对材料的非热熔性加工.
19
2、加工特点 1）可加工材料广泛 当脉冲持续时间足够短、峰值足够高时,飞秒激光可
15
（3）飞秒激光器 飞秒激光器目前主要存在四大类别：
其一是由有机染料为介质的飞秒染料激光器。 不同染料可以输出不同波长的飞秒激光脉冲，它覆盖了从紫外到近红
外波段，但最有效的还是集中在红光波段。随着固体、半导体、光纤 飞秒激光器的崛起，飞秒染料激光器在红外和紫外波段已经失去了竞 争能力，但在可见波段，特别是在红光区域仍被广泛的应用在时间分 辨光谱，半导体载流子快速弛豫过程和化学反应动力学过程的研究中。 其二是以掺钛蓝宝石，Li：SAF，掺镁橄榄石等固体材料为介质的飞秒 固体激光器。 由于这种固体材料具有比染料更宽的调谐范围，更大的饱和增益通量 和更长的激光上能级寿命，使其在飞秒激光运转的许多特性都优于染 料激光器，加之固体材料具有更稳定的光学性质和更紧凑的结构，使 得飞秒固体激光器在很短的时间里发展成为飞秒激光技术的主体。
飞秒激光加工技术
机研133张国召
1
主要内容
1、什么是飞秒激光 2、如何产生飞秒激光 3、飞秒激光加工机理 4、飞秒加工的应用
2
一、什么是飞秒激光
1、激光 组成物质的原子中，有不同数量的粒子（电子）分
布在不同的能级上，在高能级上的粒子受到某种光 子的激发，会从高能级跳到（跃迁）到低能级上， 这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光，这就 叫做“受激辐射的光放大”，简称激光。
9
同时飞秒量级脉冲有着非常高的瞬时功率,产生的光 电场强度比原子内部库仑场高数倍,材料内部原有的 束缚力已不足以遏止高密度离子、电子的迅速膨胀, 最终使作用区域内的材料以等离子体向外喷发的形 式得到去除,实现了激光对材料的非热熔性加工.
19
2、加工特点 1）可加工材料广泛 当脉冲持续时间足够短、峰值足够高时,飞秒激光可
15
（3）飞秒激光器 飞秒激光器目前主要存在四大类别：
其一是由有机染料为介质的飞秒染料激光器。 不同染料可以输出不同波长的飞秒激光脉冲，它覆盖了从紫外到近红
外波段，但最有效的还是集中在红光波段。随着固体、半导体、光纤 飞秒激光器的崛起，飞秒染料激光器在红外和紫外波段已经失去了竞 争能力，但在可见波段，特别是在红光区域仍被广泛的应用在时间分 辨光谱，半导体载流子快速弛豫过程和化学反应动力学过程的研究中。 其二是以掺钛蓝宝石，Li：SAF，掺镁橄榄石等固体材料为介质的飞秒 固体激光器。 由于这种固体材料具有比染料更宽的调谐范围，更大的饱和增益通量 和更长的激光上能级寿命，使其在飞秒激光运转的许多特性都优于染 料激光器，加之固体材料具有更稳定的光学性质和更紧凑的结构，使 得飞秒固体激光器在很短的时间里发展成为飞秒激光技术的主体。
飞秒激光加工技术
机研133张国召
1
主要内容
1、什么是飞秒激光 2、如何产生飞秒激光 3、飞秒激光加工机理 4、飞秒加工的应用
2
一、什么是飞秒激光
1、激光 组成物质的原子中，有不同数量的粒子（电子）分
布在不同的能级上，在高能级上的粒子受到某种光 子的激发，会从高能级跳到（跃迁）到低能级上， 这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光，这就 叫做“受激辐射的光放大”，简称激光。
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飞秒激光加工的技术体系
飞秒激光加工的技术体系飞秒激光加工技术体系引言飞秒激光加工技术是一种高精度、高效率的微纳加工工艺，具有广泛的应用前景。
本文将从基本原理、加工特点、应用领域和发展前景等方面介绍飞秒激光加工技术体系。
一、基本原理飞秒激光加工技术是利用飞秒激光的瞬间高能量密度作用于材料表面，实现材料微纳加工的一种方法。
飞秒激光的特点是脉冲宽度极短，通常在飞秒级别（1飞秒=10^-15秒），能量较高。
这种短脉冲的高能量密度能够在纳秒级别内将材料表面局部加热到临界温度，引起材料的蒸发、熔化或者化学反应，实现微纳级的加工。
二、加工特点1. 高精度：飞秒激光加工技术能够实现纳米级的加工精度，由于脉冲宽度极短，加工过程中热影响区域较小，减少了材料的热变形，从而提高了加工的精度。
2. 无热损伤：由于飞秒激光加工过程中的热影响区域很小，材料几乎没有受到热损伤，可以实现对一些易受热损伤的材料进行精细加工。
3. 无微裂纹：飞秒激光加工技术能够实现无微裂纹的加工，因为飞秒激光加工过程中能量的输送速度非常快，几乎没有时间给材料形成微裂纹。
4. 宽材料适应性：飞秒激光加工技术适用于多种材料，如金属、半导体、光学材料等，具有较好的材料适应性。
三、应用领域1. 微电子加工：飞秒激光加工技术在微电子领域有广泛的应用，可以用于制作微电子元件、微结构和微通道等。
2. 光学加工：飞秒激光加工技术可以实现光学元件的表面修复、光栅制作和光波导加工等。
3. 生物医学加工：飞秒激光加工技术在生物医学领域可以用于细胞穿孔、细胞切割和组织切割等。
4. 硅片加工：飞秒激光加工技术可以用于硅片的切割、钻孔和结构加工等。
5. 纳米加工：飞秒激光加工技术可以实现纳米级的加工，可以用于纳米结构的制备和纳米材料的修复等。
四、发展前景飞秒激光加工技术具有很高的发展前景。
随着科学技术的不断发展，飞秒激光加工技术将进一步提高加工精度和加工效率，拓宽应用领域。
同时，飞秒激光加工技术还可以与其他技术相结合，如光学成像、自动控制等，实现更加智能化的加工过程。
飞秒激光技术在屈光手术中的应用课件
•
常规LASIK手术是分两个步骤来完成的，首 先是制作角膜瓣，第2步再进行准分子激光 的切削。而手术成功的关键主要在于角膜 瓣的制作 传统制作角膜瓣时是通过微行 瓣的制作，传统制作角膜瓣时是通过微行 角膜金属刀来切割完成的，在制作过程中， 可能会因为一些机械故障或患者的配合不 佳导致制瓣的失败而终止手术；
• 优势四：术后视觉质量更完美 • “飞秒激光”可以精确地打开眼部组 织分子链，制作出更均匀更完美的角膜瓣， 有效避免了板层刀制瓣可能出现的医源性 像差等，避免了雾天、下雨天以及夜晚开 车等视物条件下出现的眩光、模糊等情况， 让近视者获得趋于完美的视觉质量。
• 优势五：“全激光”手术，精确度提高百 倍 • “飞秒激光”能把角膜瓣制作的精确 度控制在10－15微米以内，其精确度是板 微米以内 其精确度是板 层刀的100多倍，这是板层刀望尘莫及的， 对任何患者来说都是更安全的。
光爆破原理
•
电脑控制的光学传输系统产生成千上万的激光脉冲，成千上万的 激光脉冲按照密集的等宽度等间距的篱笆墙式的光栅模式，在同一深 度聚焦，产生光爆破，在角膜组织中形成一层微小直径的气泡，使角 膜组织分离 形成相应的分离面 也就是飞秒激光的切削面 LASIK 膜组织分离，形成相应的分离面，也就是飞秒激光的切削面。 手术中制作角膜瓣就是运用的这种切削模式形成水平的或垂直的分离 面。
一.定义
• 飞秒激光是一种以脉冲形式运转的激光， 持续时间非常短，只有几个飞秒（一飞秒 就是10的负15次方秒，也就是1/1000万亿 秒） 它比利用电子学方法所获得的最短 秒），它比利用电子学方法所获得的最短 脉冲要短几千倍，是人类目前在实验条件 下所能获得的最短脉冲。 • 飞秒激光的用途非常的广泛，它在物 理学、生物学、化学控制反应、光通讯和 医学领域都有不可替代的作用；飞秒激光 在眼科手术中的应用主要在：在LASIK手术 中用飞秒激光制作角膜瓣，在角膜移植手 术中应用飞秒激光切削角膜制作植片，在 角膜基质环植入手术中用飞秒激光制作角 膜隧道切口。
飞秒激光加工技术
A
脉冲激光
7
4、飞秒激光特点
1)、飞秒激光有非常高的瞬间功率，它的瞬间功率 可达百万亿瓦，比用下会产生非常奇特的现 象，气态的物质、液态的物质、固态的物质瞬间都
会变成等离子体;
A
8
3)、飞秒激光具有 精确的靶向聚焦定 位特点，能够聚焦 到比头发的直径还 要小的多的超细微 空间区域;
其四是以掺杂稀土元素的SiO2为增益介质的飞秒光
A
纤激光器。
17
三、飞秒激光加工机理
1、加工机理
飞秒激光脉冲和材料作用过程中,材料中的电子通过 对入射激光的多光子非线性吸收方式获得受激能量, 获得的能量仅在几个纳米厚度的吸收层上迅速聚积, 作用区域内的温度瞬间急剧上升,并远远超过材料的 熔化和汽化温度值,使物质发生高度电离,最终处于前 所未有的高温、高压和高密度的等离子体状态;
大约相当于8飞秒。
A
5
3、飞秒激光
飞秒激光是一种以脉冲形式运转的激光，持续时间 非常短，只有几个飞秒。
我们知道光一秒钟可穿越30万千米，但它在100飞秒 的时间内，只能通过人的头发直径那么短的距离。 所以飞秒激光的脉冲也非常短，目前已经达到了4fs 以内（可见光-近红外波段）。
A
6
连续激光
由于受辐射持续时间只有飞秒量级(10-15s),远小于材 料中受激电子通过转移、转化等形式的能量释放时 间,因而从根本上避免了热扩散的存在和影响;
A
18
同时飞秒量级脉冲有着非常高的瞬时功率,产生的光 电场强度比原子内部库仑场高数倍,材料内部原有的 束缚力已不足以遏止高密度离子、电子的迅速膨胀, 最终使作用区域内的材料以等离子体向外喷发的形
上升，并以等离子体向外喷发的形式得到去除。严
脉冲激光
7
4、飞秒激光特点
1)、飞秒激光有非常高的瞬间功率，它的瞬间功率 可达百万亿瓦，比用下会产生非常奇特的现 象，气态的物质、液态的物质、固态的物质瞬间都
会变成等离子体;
A
8
3)、飞秒激光具有 精确的靶向聚焦定 位特点，能够聚焦 到比头发的直径还 要小的多的超细微 空间区域;
其四是以掺杂稀土元素的SiO2为增益介质的飞秒光
A
纤激光器。
17
三、飞秒激光加工机理
1、加工机理
飞秒激光脉冲和材料作用过程中,材料中的电子通过 对入射激光的多光子非线性吸收方式获得受激能量, 获得的能量仅在几个纳米厚度的吸收层上迅速聚积, 作用区域内的温度瞬间急剧上升,并远远超过材料的 熔化和汽化温度值,使物质发生高度电离,最终处于前 所未有的高温、高压和高密度的等离子体状态;
大约相当于8飞秒。
A
5
3、飞秒激光
飞秒激光是一种以脉冲形式运转的激光，持续时间 非常短，只有几个飞秒。
我们知道光一秒钟可穿越30万千米，但它在100飞秒 的时间内，只能通过人的头发直径那么短的距离。 所以飞秒激光的脉冲也非常短，目前已经达到了4fs 以内（可见光-近红外波段）。
A
6
连续激光
由于受辐射持续时间只有飞秒量级(10-15s),远小于材 料中受激电子通过转移、转化等形式的能量释放时 间,因而从根本上避免了热扩散的存在和影响;
A
18
同时飞秒量级脉冲有着非常高的瞬时功率,产生的光 电场强度比原子内部库仑场高数倍,材料内部原有的 束缚力已不足以遏止高密度离子、电子的迅速膨胀, 最终使作用区域内的材料以等离子体向外喷发的形
上升，并以等离子体向外喷发的形式得到去除。严
《激光加工技术》课件
记技术
详细描述
激光打标是利用高能激光束在材料表面进行刻划或烧蚀出文字、图案等标记。 该技术具有标记清晰、永久、不易磨损等优点，广泛应用于产品标识、防伪鉴 别等领域。
激光熔覆
总结词
高效、耐磨的表面改性技术
详细描述
激光熔覆是利用高能激光束将熔覆材料快速熔化并覆着在材料表面，形成一层具有特殊 性能的熔覆层。该技术具有熔覆层质量高、与基体结合力强等优点，广泛应用于机械零
02
激光加工技术的基本设备
激光器
激光器是激光加工技术的核心设备，负责产生高能激光 束。
激光器的性能参数包括输出功率、光束质量、波长等， 直接影响加工效果。
激光器的种类繁多，常见的有气体激光器、固体激光器 和光纤激光器等。
激光器的维护和保养对于保证其稳定性和寿命至关重要 。
光学系统
01
光学系统是用来传输和聚焦激光束的装置，通常包括反射镜、 透镜和光束扩展器等。
措施。
如何克服激光加工技术的局限性
降低设备成本
通过技术进步和规模化生产，降低激光加工设备 的成本，使其更适用于中小型企业。
拓展材料适用性
研究新的激光加工技术和工艺，拓展激光加工技 术的材料适用性。
ABCD
提高技术水平
加强技术研发和人才培养，提高激光加工技术的 水平和应用范围。
加强安全管理
建立健全的安全管理制度和操作规程，加强安全 培训和教育，确保操作人员的安全。
02
光学系统的设计和制造精度直接影响激光加工的精度和效果。
光学系统的清洁和维护对于保证其性能和稳定性非常重要。
03
加工机床
1
加工机床是用来固定和加工工件的设备，通常具 有高精度和高稳定性的特点。
详细描述
激光打标是利用高能激光束在材料表面进行刻划或烧蚀出文字、图案等标记。 该技术具有标记清晰、永久、不易磨损等优点，广泛应用于产品标识、防伪鉴 别等领域。
激光熔覆
总结词
高效、耐磨的表面改性技术
详细描述
激光熔覆是利用高能激光束将熔覆材料快速熔化并覆着在材料表面，形成一层具有特殊 性能的熔覆层。该技术具有熔覆层质量高、与基体结合力强等优点，广泛应用于机械零
02
激光加工技术的基本设备
激光器
激光器是激光加工技术的核心设备，负责产生高能激光 束。
激光器的性能参数包括输出功率、光束质量、波长等， 直接影响加工效果。
激光器的种类繁多，常见的有气体激光器、固体激光器 和光纤激光器等。
激光器的维护和保养对于保证其稳定性和寿命至关重要 。
光学系统
01
光学系统是用来传输和聚焦激光束的装置，通常包括反射镜、 透镜和光束扩展器等。
措施。
如何克服激光加工技术的局限性
降低设备成本
通过技术进步和规模化生产，降低激光加工设备 的成本，使其更适用于中小型企业。
拓展材料适用性
研究新的激光加工技术和工艺，拓展激光加工技 术的材料适用性。
ABCD
提高技术水平
加强技术研发和人才培养，提高激光加工技术的 水平和应用范围。
加强安全管理
建立健全的安全管理制度和操作规程，加强安全 培训和教育，确保操作人员的安全。
02
光学系统的设计和制造精度直接影响激光加工的精度和效果。
光学系统的清洁和维护对于保证其性能和稳定性非常重要。
03
加工机床
1
加工机床是用来固定和加工工件的设备，通常具 有高精度和高稳定性的特点。
飞秒激光加工技术 PPT课件
2）非热熔性
最重要的特征。激光在极短的时间和极小的空间内 与物质相互作用，作用区域内的温度在瞬间内急剧 上升，并以等离子体向外喷发的形式得到去除。严 格避免了热熔化的存在，大大减弱和消除了传统加 工中热效应带来的诸多负面影响。
3）加工过程的准确性
每一个激光脉冲与物质相互作用的持续期内避免了 热扩散的存在,在根本上消除了类似于长脉冲加工过 程中的熔融区、热影响区、冲击波等多种效应对周 围材料造成的影响和热损伤，将加工过程所涉及的 空间范围大大缩小，从而提高了激光加工的准确程 度，即运用飞秒加工决不会“伤及无辜”。
长脉冲激光加工过程
飞秒脉冲激光加工过程
4）加工尺寸的亚微米特性和3D空间分辨性 飞秒加工可以突破光束衍射极限的限制，实现尺寸
小于波长的亚微米或纳米操作；
只有在材料的聚焦点才能获得较高的功率密度，从 而使得飞秒加工过程具有严格的空间定位选择能力。
5）加工能量的低耗性
脉冲持续时间非常短,能量在时间上高度集中例如,用 10 fs脉冲宽度的激光,0.3 mJ能量就可以在直径为2Lm 的焦点达到1018W/cm2的峰值强度,而用脉宽宽度为 10 ns的长脉冲激光,则要300 J的能量才能达到同样的 峰值强度。因此飞秒激光加工所需的脉冲能量阈值 一般为毫焦耳或微焦耳量级,较传统激光加工消耗的 光能量大大降低。
得非常脆弱，传统的机械切割技术已不太适用，成熟的化 学或等离子刻蚀对加工形状和结构的选择有限定，长脉冲 激光也很难实现对硅的加工。飞秒激光以其独特的除热和 消机械应力的加工特性给硅材料的切割等处理技术带来了 新的希望。
2003年加拿大科学家M.Meunier 等人采用光谱物理公司生产的重 复率为1KHz的钛宝石再生放大系 统，将输出波760~820nm 能量约 1mJ持续时间小于120fs的脉冲激 光对厚度仅为50um的硅晶片实现 了高精度切割。如图右。
最重要的特征。激光在极短的时间和极小的空间内 与物质相互作用，作用区域内的温度在瞬间内急剧 上升，并以等离子体向外喷发的形式得到去除。严 格避免了热熔化的存在，大大减弱和消除了传统加 工中热效应带来的诸多负面影响。
3）加工过程的准确性
每一个激光脉冲与物质相互作用的持续期内避免了 热扩散的存在,在根本上消除了类似于长脉冲加工过 程中的熔融区、热影响区、冲击波等多种效应对周 围材料造成的影响和热损伤，将加工过程所涉及的 空间范围大大缩小，从而提高了激光加工的准确程 度，即运用飞秒加工决不会“伤及无辜”。
长脉冲激光加工过程
飞秒脉冲激光加工过程
4）加工尺寸的亚微米特性和3D空间分辨性 飞秒加工可以突破光束衍射极限的限制，实现尺寸
小于波长的亚微米或纳米操作；
只有在材料的聚焦点才能获得较高的功率密度，从 而使得飞秒加工过程具有严格的空间定位选择能力。
5）加工能量的低耗性
脉冲持续时间非常短,能量在时间上高度集中例如,用 10 fs脉冲宽度的激光,0.3 mJ能量就可以在直径为2Lm 的焦点达到1018W/cm2的峰值强度,而用脉宽宽度为 10 ns的长脉冲激光,则要300 J的能量才能达到同样的 峰值强度。因此飞秒激光加工所需的脉冲能量阈值 一般为毫焦耳或微焦耳量级,较传统激光加工消耗的 光能量大大降低。
得非常脆弱，传统的机械切割技术已不太适用，成熟的化 学或等离子刻蚀对加工形状和结构的选择有限定，长脉冲 激光也很难实现对硅的加工。飞秒激光以其独特的除热和 消机械应力的加工特性给硅材料的切割等处理技术带来了 新的希望。
2003年加拿大科学家M.Meunier 等人采用光谱物理公司生产的重 复率为1KHz的钛宝石再生放大系 统，将输出波760~820nm 能量约 1mJ持续时间小于120fs的脉冲激 光对厚度仅为50um的硅晶片实现 了高精度切割。如图右。
飞秒激光加工原理
飞秒激光加工原理
飞秒激光加工是一种高精度、高效率的加工技术，其原理是利用飞秒激光的特殊性质进行材料的切割、打孔、刻蚀等加工。
飞秒激光是一种具有极短脉冲宽度的激光，其脉冲宽度一般在飞秒（10^-15秒）量级。
相较于传统的纳秒激光，飞秒激光的脉冲宽度更短，能量密度更高，能够在极短的时间内将能量集中在一个小区域。
飞秒激光加工的原理主要包括以下几个方面：
1. 光吸收：当飞秒激光与材料相互作用时，激光能量会被材料吸收。
在飞秒时间尺度内，激光能量被局限在一个很小的区域内，形成高能量密度。
2. 非线性光学效应：由于飞秒激光的高能量密度，材料处于非线性光学效应的状态。
在这种状态下，材料的光学性质会发生变化，例如倍频效应、色散效应等。
这些效应使得飞秒激光能够实现高精度的加工。
3. 等离子体产生：高能量的飞秒激光与材料作用时，会产生等离子体。
等离子体是由电子和离子组成的带电粒子体系，其特点是温度较高、密度较大。
等离子体对材料的加工起到了至关重要的作用。
4. 自聚焦效应：由于飞秒激光能量密度高，其光束在传播过程中会发生自聚焦效应。
即在激光聚焦的区域内，激光光束会变
得更为紧凑、高密度。
这种自聚焦效应使得飞秒激光能够在材料表面产生高能量密度的焦点，实现精细加工。
综上所述，飞秒激光加工利用飞秒激光独特的特性，通过光吸收、非线性光学效应、等离子体产生和自聚焦效应等方式进行高精度的加工。
这种加工技术在微电子、生物医学、光电子等领域具有广泛的应用前景。
飞秒激光技术(第二版)(张志刚编著)PPT模板
附录a克尔 介质的q参
数变换
3.4主方程 和微扰算符
方程
3.5周期性 和高阶色散
的微扰
3.1克尔透 镜锁模原理
3.2谐振腔 与稳定区
3.3脉冲形 成阶段的分
析
第3章固体激光器锁模启动及脉 冲形成机制
参考文献
第3章固体激光器锁模启动及脉冲形成机制
3.2谐振腔与稳定区
3.2.1像散补偿谐振 腔
3.2.2无增益介质时 的abcd矩阵
第1章超快光学基础
1.1光与物质相互作用
1.1.1maxwell方 程组
1.1.2平面波的波动 方程
1.1.3缓变包络近似
第1章超快光学基础
1.2超短光脉冲在各向同性介质中的线性传播
1.2.1平面 波啁啾脉冲 的传播
1.2.2被形 的变化
第1章超快光学基础
1.3二阶非线性效应
0 1 1.3.1三被相互作用一一倍频 0 2 1.3.2三波相互作用一一和频和差频
第4章可饱和服 收体锁模技术
4.2激光器参数与半导体可饱 和吸收镜宏观特性的关系
a
4.2.1半导体可饱和 吸收镜的宏观特性
4.2.2自调q的抑 制
b
第4章可饱和服收体锁模技术
4.3半导体可饱和吸收镜的类型
4.3.1高精细度法布里 －珀罗可饱和服收镜
4.3.3无谐振型可饱和 吸收镜
4.3.5宽带可饱和服收 镜
第4章可饱和服收体锁模 技术
第4章可饱和服收体锁模技术
4.3半导体可饱和吸收 镜的类型
4.2激光器参数与半导体 可饱和吸收镜宏观特性的
关系
4.1半导体可饱和吸收 体
4.4低损耗宽带可饱和 吸收镜
4.5半导体可饱和吸收 镜中吸收层的设计
飞秒激光超微细加工技术简介
飞秒激光超微细加工技术简介摘要：本文首先简单地介绍了飞秒激光和超微细加工技术飞秒激光加工技术的技术背景，然后较为详细地介绍了飞秒激光超微细加工技术及其特点与应用，结合飞秒激光超微细加工技术的特点将其与其它的微机械加工技术进行了比较，最后分析飞秒激光超微细加工技术的发展趋势和应用前景。
关键词：飞秒激光超微细加工技术飞秒激光超微细加工Femtosecond laser micro machining technology IntroductionAbstract: This paper first briefly describes the technical background of the femtosecond laser and micro machining technology andfemtosecond laser micro machining technology, then a moredetailed description the femtosecond laser micro machiningtechnology and its features and applications, combined withthe femtosecond laser micro machining technology will becharacterized by with other micro-machining technology, thefinal analysis of the femtosecond laser micro machiningtechnology trends and application prospects.Keywords:femtosecond laser micro machining technology femtosecond laser ultra-fine processing0引言激光（Laser,即Light Amplification by stimulated Emission of Radiation的缩写），意思是利用辐射受激得到的加强光，激光加工（Laser Beam Machining）就是把激光的方向性好和输出功率高的特性应用到材料的加工领域中去。
飞秒激光加工技术
这是我们我们生活中 常见的激光器。 属于半导体激光器。
2、飞秒 飞秒是一个时间单位。一飞秒就是10的负15次方秒。 也就是1/1000万亿秒。 我们知道宇宙年龄有多大？ 答案： 140多亿年。 一小时相对宇宙年龄有多短？ 答案：8×10-15 也就是说如果把宇宙的年龄比作一秒，那么一小时 大约相当于8飞秒。
飞秒激光加工技术
机研133张国召
主要内容
1、什么是飞秒激光 2、如何产生飞秒激光 3、飞秒激光加工机理 4、飞秒加工的应用
一、什么是飞秒激光
1、激光 组成物质的原子中，有不同数量的粒子（电子）分 布在不同的能级上，在高能级上的粒子受到某种光 子的激发，会从高能级跳到（跃迁）到低能级上， 这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光，这就 叫做“受激辐射的光放大”，简称激光。
四、飞秒激光加工的应用
飞秒激光以其独特的超短持续时间和超强峰值功率 正在打破以往传统的激光加工方法，开创了材料超 精细、低损伤和空间3D加工和处理的新领域。 1、一般金属的加工 如钢、铜、铝等来说具有很高的热导性和较低的熔 点温度，在其表面实现高精度和高质量的钻孔有很 大困难。
纳秒（左）与飞秒右的加工对比图
三、飞秒激光加工机理
1、加工机理 飞秒激光脉冲和材料作用过程中,材料中的电子通过 对入射激光的多光子非线性吸收方式获得受激能量, 获得的能量仅在几个纳米厚度的吸收层上迅速聚积, 作用区域内的温度瞬间急剧上升,并远远超过材料的 熔化和汽化温度值,使物质发生高度电离,最终处于前 所未有的高温、高压和高密度的等离子体状态; 由于受辐射持续时间只有飞秒量级(10-15s),远小于材 料中受激电子通过转移、转化等形式的能量释放时 间,因而从根本上避免了热扩散的存在和影响;
第五章-激光加工技术PPT课件
不锈钢厚1mm
单晶硅厚0.7 mm
铝合金0.8mm厚，小孔直径0.7 mm
28
不锈钢厚4 mm
第五章 激光加工技术
激光加工——三维精细切割2
大功率电子管栅极 钼厚300微米，直径300微米
切割陶瓷厚1.7mm
航空发动机叶形孔 不锈钢厚1mm，孔100微米
29
色片工装 铝合金厚度4mm
第五章 激光加工技术 激光加工——焊接
防护眼镜。
6
第五章 激光加工技术
5.2 激光加工基本设备
激光加工的基本设备由激光器、激光器光源， 光学系统和机械系统组成。 激光器：激光加工中的重要设备，将电能转换成光能， 产生激光束。 激光器电源：为激光器提供能量和控制功能 光学系统：包括聚焦系统和观察瞄准系统。 机械系统：包括床身、工作台和机电控制系统。
7
第五章 激光加工技术
二、 激光器
激光器是激光加工的重要设备，它的任务是把电 能转变成光能，产生所需要的激光束。按工作物质的 种类可分为固体激光器、气体激光器、液体激光器和 半导体激光器四大类。由于He-Ne(氦—氖)气体激光器 所产生的激光不仅容易控制，而且方向性、单色性及 相干性都比较好，因而在机械制造的精密测量中被广 泛采用。而在激光加工中则要求输出功率与能量大， 目前多采用二氧化碳气体激光器及红宝石、钕玻璃、 YAG(掺钕钇铝石榴石)等固体激光器。
学习总结
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
结束语
飞秒激光近视手术PPT课件
6
光爆破的原理
激光精确的聚焦在在角膜内的一个位置
7
光爆破的原理
数千万的激光脉冲连接一起
8
光爆破的原理
当角膜瓣掀开时，气体和水被吸收或释放出来。
形成一个分开的平面
9
光爆破的原理
激光脉冲按某一角度彼此堆积可劈开角膜
10
飞秒激光在眼科手术的应用
• 屈光手术
Lasik手术中制作角膜瓣 FLK， femtosecond laser keratomileusis Femto- ICRS，intra corneal ring segments
•
滴表麻
•开敛器放Fra bibliotek入15
手术过程
将吸力环放置到眼睛上 患者被安置到 飞秒激光下
16
手术过程
压平锥镜对准并慢慢放入吸环中 锥镜会将角膜压平并与吸环接驳
17
手术过程
• 调整并确认治疗参数，然后进行治疗
18
飞秒激光制瓣的特点
• 制瓣时间（8.5mm）：22 秒 • 角膜瓣厚度：90µm ~ 400µm, 以1µm增
20
局限性
• 术中需要两种激光 • 费用昂贵：
USA 6000~8000 US dollar 港台 2~3万港币 大陆 16000~8800元
21
飞秒激光手术的并发症
• •
•
• • •
黄切前角角球
斑 出 血
口 出 血
房 气 泡
膜 基 质 广 泛 微
膜 瓣 掀 开 困
结 膜 下 出 血
空难
化
泡
22
• 角膜移植
DLEK （ deep lamellar endothelial keratoplasty ) PKP
光爆破的原理
激光精确的聚焦在在角膜内的一个位置
7
光爆破的原理
数千万的激光脉冲连接一起
8
光爆破的原理
当角膜瓣掀开时，气体和水被吸收或释放出来。
形成一个分开的平面
9
光爆破的原理
激光脉冲按某一角度彼此堆积可劈开角膜
10
飞秒激光在眼科手术的应用
• 屈光手术
Lasik手术中制作角膜瓣 FLK， femtosecond laser keratomileusis Femto- ICRS，intra corneal ring segments
•
滴表麻
•开敛器放Fra bibliotek入15
手术过程
将吸力环放置到眼睛上 患者被安置到 飞秒激光下
16
手术过程
压平锥镜对准并慢慢放入吸环中 锥镜会将角膜压平并与吸环接驳
17
手术过程
• 调整并确认治疗参数，然后进行治疗
18
飞秒激光制瓣的特点
• 制瓣时间（8.5mm）：22 秒 • 角膜瓣厚度：90µm ~ 400µm, 以1µm增
20
局限性
• 术中需要两种激光 • 费用昂贵：
USA 6000~8000 US dollar 港台 2~3万港币 大陆 16000~8800元
21
飞秒激光手术的并发症
• •
•
• • •
黄切前角角球
斑 出 血
口 出 血
房 气 泡
膜 基 质 广 泛 微
膜 瓣 掀 开 困
结 膜 下 出 血
空难
化
泡
22
• 角膜移植
DLEK （ deep lamellar endothelial keratoplasty ) PKP
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同时飞秒量级脉冲有着非常高的瞬时功率,产生的光 电场强度比原子内部库仑场高数倍,材料内部原有的 束缚力已不足以遏止高密度离子、电子的迅速膨胀, 最终使作用区域内的材料以等离子体向外喷发的形 式得到去除,实现了激光对材料的非热熔性加工.
-
2、加工特点
1）可加工材料广泛
当脉冲持续时间足够短、峰值足够高时,飞秒激光可 以实现对任何材料的精细加工、修复和处理,而与材 料的种类和特性无关。
飞秒激光加工技术
机研133张国召
-
主要内容
1、什么是飞秒激光 2、如何产生飞秒激光 3、飞秒激光加工机理 4、飞秒加工的应用
-
一、什么是飞秒激光
1、激光 组成物质的原子中，有不同数量的粒子（电子）分
布在不同的能级上，在高能级上的粒子受到某种光 子的激发，会从高能级跳到（跃迁）到低能级上， 这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光，这就 叫做“受激辐射的光放大”，简称激光。
大约相当于8飞秒。
-
3、飞秒激光 飞秒激光是一种以脉冲形式运转的激光，持续时间
非常短，只有几个飞秒。 我们知道光一秒钟可穿越30万千米，但它在100飞秒
的时间内，只能通过人的头发直径那么短的距离。 所以飞秒激光的脉冲也非常短，目前已经达到了4fs 以内（可见光-近红外波段）。
-
连续激光
-
脉冲激光
其一是由有机染料为介质的飞秒染料激光器。
不同染料可以输出不同波长的飞秒激光脉冲，它覆盖了 从紫外到近红外波段，但最有效的还是集中在红光波段。 随着固体、半导体、光纤飞秒激光器的崛起，飞秒染料 激光器在红外和紫外波段已经失去了竞争能力，但在可 见波段，特别是在红光区域仍被广泛的应用在时间分辨 光谱，半导体载流子快速弛豫过程和化学反应动力学过 程的研究中。
热扩散的存在,在根本上消除了类似于长脉冲加工过 程中的熔融区、热影响区、冲击波等多种效应对周 围材料造成的影响和热损伤，将加工过程所涉及的 空间范围大大缩小，从而提高了激光加工的准确程 度，即运用飞秒加工决不会“伤及无辜”。
-
-
长脉冲激光加工过程
飞秒脉冲激光加工过程
4）加工尺寸的亚微米特性和3D空间分辨性 飞秒加工可以突破光束衍射极限的限制，实现尺寸
4、飞秒激光特点
1)、飞秒激光有非常高的瞬间功率，它的瞬间功率 可达百万亿瓦，比目前全世界的发电总功率还要多 出上百倍;
2)、物质在飞秒激光的作用下会产生非常奇特的现 象，气态的物质、液态的物质、固态的物质瞬间都 会变成等离子体;
-
3)、飞秒激光具有 精确的靶向聚焦定 位特点，能够聚焦 到比头发的直径还 要小的多的超细微 空间区域;
KLM锁模原理图
-
克尔透镜锁模是由于增益
介质非线性克尔效应引起
光束的自聚焦，使高强度
光束更有效地通过腔内的
孔，即对高脉冲强度产生
低损耗，低强度的光束产
生高的损耗。这种有效的
类饱和吸收行为是通过克
尔介质的自聚焦效应和孔
共同作用折射率变化，
克尔效应产生了依赖于光
（3）飞秒激光器 飞秒激光器目前主要存在四大类别：
2）非热熔性
最重要的特征。激光在极短的时间和极小的空间内 与物质相互作用，作用区域内的温度在瞬间内急剧 上升，并以等离子体向外喷发的形式得到去除。严 格避免了热熔化的存在，大大减弱和消除了传统加 工中热效应带来的诸多负面影响。
-
3）加工过程的准确性 每一个激光脉冲与物质相互作用的持续期内避免了
其四是以掺杂稀土元素的SiO2为增益介质的飞秒光
-
纤激光器。
三、飞秒激光加工机理
1、加工机理 飞秒激光脉冲和材料作用过程中,材料中的电子通过
对入射激光的多光子非线性吸收方式获得受激能量, 获得的能量仅在几个纳米厚度的吸收层上迅速聚积, 作用区域内的温度瞬间急剧上升,并远远超过材料的 熔化和汽化温度值,使物质发生高度电离,最终处于前 所未有的高温、高压和高密度的等离子体状态; 由于受辐射持续时间只有飞秒量级(10-15s),远小于材 料中受激电子通过转移、转化等形式的能量释放时 间,因而从根本上避免了热扩散的存在和影响;
-
二、如何产生飞秒激光
1、普通激光的产生
1960年，由Maiman实现第一台激光器：红宝石激光器。
红宝石激光器结构原理图
-
2、飞秒激光脉冲产生原理
（1）飞秒脉冲激光技术
普通激光器产生的是连续的激光，要压缩成脉冲的 形式飞秒激光器在此基础上还需要锁模元件、色散补 偿元件
1）调Q技术
调节谐振腔的品质因数Q，使受激辐射迅速地形成和增 强，从而输出强大的激光脉冲。
的功率密度约达到
1.0MW/cm2时，由于高强
度光场与介质的相互作用，
导致光束自聚焦，产生光
克尔透镜效应。由于光克
尔透镜和光阑（狭缝）构
成的幅度调制器的作用，
使脉冲前沿和后沿的损耗
大于中部峰值损耗，从而
-
使脉冲压缩。这种脉冲光
然后再由色散补偿进一步产生更短的脉冲。色散补偿与 自相位调制和克尔透镜相结合，使各种锁模机制之间达 到最佳平衡，最终才能输出稳定的飞秒激光脉冲。
-
2）锁模技术
3）色散补偿 从腔内输出的飞秒光
脉冲越短，脉冲光谱带越 宽；影响进一步压缩；为 使激光器产生更短的光脉 冲，必须在腔内插入补偿 元件。
(2)产生原理 以KLM锁模掺钛蓝宝石激
光器为例
-
KLM锁模掺钛蓝宝石激光器实物图
掺钛蓝宝石飞秒激光器在
足够高的泵浦强度下工作，
腔内激光在钛宝石晶体中
-
其二是以掺钛蓝宝石，Li：SAF，掺镁橄榄石等固体材
其三是以多量子阱材料为代表的飞秒半导体激光器。
超短脉冲半导体激光器的研究在很长时间里始终没 有跨越皮秒级，直到将多量子阱材料引入到短脉冲 半导体激光器中，才使超短脉冲半导体激光器成为 飞秒激光家庭中的重要成员。飞秒半导体激光器主 要应用于高比特多路通信，超长距孤子光纤通信等 领域。
-
这是我们我们生活中 常见的激光器。 属于半导体激光器。
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2、飞秒 飞秒是一个时间单位。一飞秒就是10的负15次方秒。
也就是1/1000万亿秒。 我们知道宇宙年龄有多大？ 答案： 140多亿年。 一小时相对宇宙年龄有多短？ 答案：8×10-15 也就是说如果把宇宙的年龄比作一秒，那么一小时
同时飞秒量级脉冲有着非常高的瞬时功率,产生的光 电场强度比原子内部库仑场高数倍,材料内部原有的 束缚力已不足以遏止高密度离子、电子的迅速膨胀, 最终使作用区域内的材料以等离子体向外喷发的形 式得到去除,实现了激光对材料的非热熔性加工.
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2、加工特点
1）可加工材料广泛
当脉冲持续时间足够短、峰值足够高时,飞秒激光可 以实现对任何材料的精细加工、修复和处理,而与材 料的种类和特性无关。
飞秒激光加工技术
机研133张国召
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主要内容
1、什么是飞秒激光 2、如何产生飞秒激光 3、飞秒激光加工机理 4、飞秒加工的应用
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一、什么是飞秒激光
1、激光 组成物质的原子中，有不同数量的粒子（电子）分
布在不同的能级上，在高能级上的粒子受到某种光 子的激发，会从高能级跳到（跃迁）到低能级上， 这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光，这就 叫做“受激辐射的光放大”，简称激光。
大约相当于8飞秒。
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3、飞秒激光 飞秒激光是一种以脉冲形式运转的激光，持续时间
非常短，只有几个飞秒。 我们知道光一秒钟可穿越30万千米，但它在100飞秒
的时间内，只能通过人的头发直径那么短的距离。 所以飞秒激光的脉冲也非常短，目前已经达到了4fs 以内（可见光-近红外波段）。
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连续激光
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脉冲激光
其一是由有机染料为介质的飞秒染料激光器。
不同染料可以输出不同波长的飞秒激光脉冲，它覆盖了 从紫外到近红外波段，但最有效的还是集中在红光波段。 随着固体、半导体、光纤飞秒激光器的崛起，飞秒染料 激光器在红外和紫外波段已经失去了竞争能力，但在可 见波段，特别是在红光区域仍被广泛的应用在时间分辨 光谱，半导体载流子快速弛豫过程和化学反应动力学过 程的研究中。
热扩散的存在,在根本上消除了类似于长脉冲加工过 程中的熔融区、热影响区、冲击波等多种效应对周 围材料造成的影响和热损伤，将加工过程所涉及的 空间范围大大缩小，从而提高了激光加工的准确程 度，即运用飞秒加工决不会“伤及无辜”。
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长脉冲激光加工过程
飞秒脉冲激光加工过程
4）加工尺寸的亚微米特性和3D空间分辨性 飞秒加工可以突破光束衍射极限的限制，实现尺寸
4、飞秒激光特点
1)、飞秒激光有非常高的瞬间功率，它的瞬间功率 可达百万亿瓦，比目前全世界的发电总功率还要多 出上百倍;
2)、物质在飞秒激光的作用下会产生非常奇特的现 象，气态的物质、液态的物质、固态的物质瞬间都 会变成等离子体;
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3)、飞秒激光具有 精确的靶向聚焦定 位特点，能够聚焦 到比头发的直径还 要小的多的超细微 空间区域;
KLM锁模原理图
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克尔透镜锁模是由于增益
介质非线性克尔效应引起
光束的自聚焦，使高强度
光束更有效地通过腔内的
孔，即对高脉冲强度产生
低损耗，低强度的光束产
生高的损耗。这种有效的
类饱和吸收行为是通过克
尔介质的自聚焦效应和孔
共同作用折射率变化，
克尔效应产生了依赖于光
（3）飞秒激光器 飞秒激光器目前主要存在四大类别：
2）非热熔性
最重要的特征。激光在极短的时间和极小的空间内 与物质相互作用，作用区域内的温度在瞬间内急剧 上升，并以等离子体向外喷发的形式得到去除。严 格避免了热熔化的存在，大大减弱和消除了传统加 工中热效应带来的诸多负面影响。
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3）加工过程的准确性 每一个激光脉冲与物质相互作用的持续期内避免了
其四是以掺杂稀土元素的SiO2为增益介质的飞秒光
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纤激光器。
三、飞秒激光加工机理
1、加工机理 飞秒激光脉冲和材料作用过程中,材料中的电子通过
对入射激光的多光子非线性吸收方式获得受激能量, 获得的能量仅在几个纳米厚度的吸收层上迅速聚积, 作用区域内的温度瞬间急剧上升,并远远超过材料的 熔化和汽化温度值,使物质发生高度电离,最终处于前 所未有的高温、高压和高密度的等离子体状态; 由于受辐射持续时间只有飞秒量级(10-15s),远小于材 料中受激电子通过转移、转化等形式的能量释放时 间,因而从根本上避免了热扩散的存在和影响;
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二、如何产生飞秒激光
1、普通激光的产生
1960年，由Maiman实现第一台激光器：红宝石激光器。
红宝石激光器结构原理图
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2、飞秒激光脉冲产生原理
（1）飞秒脉冲激光技术
普通激光器产生的是连续的激光，要压缩成脉冲的 形式飞秒激光器在此基础上还需要锁模元件、色散补 偿元件
1）调Q技术
调节谐振腔的品质因数Q，使受激辐射迅速地形成和增 强，从而输出强大的激光脉冲。
的功率密度约达到
1.0MW/cm2时，由于高强
度光场与介质的相互作用，
导致光束自聚焦，产生光
克尔透镜效应。由于光克
尔透镜和光阑（狭缝）构
成的幅度调制器的作用，
使脉冲前沿和后沿的损耗
大于中部峰值损耗，从而
-
使脉冲压缩。这种脉冲光
然后再由色散补偿进一步产生更短的脉冲。色散补偿与 自相位调制和克尔透镜相结合，使各种锁模机制之间达 到最佳平衡，最终才能输出稳定的飞秒激光脉冲。
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2）锁模技术
3）色散补偿 从腔内输出的飞秒光
脉冲越短，脉冲光谱带越 宽；影响进一步压缩；为 使激光器产生更短的光脉 冲，必须在腔内插入补偿 元件。
(2)产生原理 以KLM锁模掺钛蓝宝石激
光器为例
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KLM锁模掺钛蓝宝石激光器实物图
掺钛蓝宝石飞秒激光器在
足够高的泵浦强度下工作，
腔内激光在钛宝石晶体中
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其二是以掺钛蓝宝石，Li：SAF，掺镁橄榄石等固体材
其三是以多量子阱材料为代表的飞秒半导体激光器。
超短脉冲半导体激光器的研究在很长时间里始终没 有跨越皮秒级，直到将多量子阱材料引入到短脉冲 半导体激光器中，才使超短脉冲半导体激光器成为 飞秒激光家庭中的重要成员。飞秒半导体激光器主 要应用于高比特多路通信，超长距孤子光纤通信等 领域。
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这是我们我们生活中 常见的激光器。 属于半导体激光器。
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2、飞秒 飞秒是一个时间单位。一飞秒就是10的负15次方秒。
也就是1/1000万亿秒。 我们知道宇宙年龄有多大？ 答案： 140多亿年。 一小时相对宇宙年龄有多短？ 答案：8×10-15 也就是说如果把宇宙的年龄比作一秒，那么一小时