简明消息

超短激光脉冲用于材料处理　　用超短激光脉冲（短于５ｐｓ）进行材料处理是１９９８年１１月中旬在佛罗里达州奥兰多举行的ＩＣＡ－ＬＥＯ′９８会议的重要议题,这次会议共报告了２００余篇论文,其中有好多篇都专门讨论超短激光材料的处理。这个由美国激光学会发起的会议,其它研讨论题还包括激光表面装饰、微制造的快速激光原型设计、二极管激光处理、表面处理、焊接和医用器件的制造。激光科学技术节目副组长劳伦斯·里弗莫尔实验室的Ｍ．Ｐｅｒｒｙ作了基调发言。Ｐｅｒｒｙ和他的同事开创了用于材料处理的超短脉冲激光器和发展了第一…     

超短脉冲激光加工在微电/光互连领域的应用研究进展

超短脉冲激光凭借其脉宽窄、峰值功率高的特点,可以实现高精度材料生长、改性和去除等形式的加工,具有良好的材料适应性和工艺兼容性,在微电/光互连领域取得了开拓性应用进展,已成为近年来先进制造的新兴关键技术。本文简要介绍超短脉冲激光实现微光电子器件制造的基本机制,包括多光子还原、表面等离子体共振和双光子聚合等,重点阐述超短脉冲激光加工在微光/电互连领域的应用研究进展,并对超短脉冲激光加工在该领域的发展方向进行总结和展望。     

超短脉冲激光加工碳纤维复合材料研究进展

超短脉冲激光加工作为一种非接触式的特种加工方法,利用高功率密度的聚焦激光束烧蚀碳纤维增强复合材料(CFRP)表面,实现高精密加工,有望解决传统机械加工工艺造成的刀具损坏、残余应力和表面质量差等问题。因此,本文综述了近些年超短脉冲激光加工CFRP的研究进展。首先梳理了超短脉冲激光加工CFRP的加工机理,其中包括了材料去除机理、相互作用过程机理和对激光的吸收与反射机理。其次,着重阐述了热影响区和锥度这两类缺陷,分析了缺陷的形成原因,并提出了相应抑制方法。本文对超短脉冲激光加工CFRP的理论研究具备一定借鉴意义。     

超短脉冲激光微孔加工(下)——实验探索

自20世纪60年代激光器被发明以来,其脉冲宽度被不断压缩至亚皮秒及飞秒量级,使得激光加工技术进入到了超短脉冲阶段。与其它加工技术相比,超短脉冲激光微孔加工突破了对尺度和材料的限制,并具有高精度和自动化等优点。主要论述了超短脉冲激光微孔加工的优势,如冷加工、突破衍射极限的低微米及纳米量级的加工等。介绍了超短脉冲激光微孔加工中的三个经典模型,包括孔径和阈值关系模型、多脉冲累积模型和单脉冲烧蚀深度模型。简述了超短脉冲激光微孔加工的实验研究现状,并给出了存在的问题和展望。     

超短脉冲激光微孔加工(上)——理论研究

自20世纪60年代激光器被发明以来,其脉冲宽度被不断压缩至亚皮秒及飞秒量级,使得激光加工技术进入到了超短脉冲阶段。为了进一步优化超短脉冲激光的微加工,理论研究必不可少。主要论述了超短脉冲激光与不同类型材料之间的相互作用机制。简述了超短脉冲激光微孔加工中的典型物理特性,如等离子体效应、自聚焦和光丝效应及锥形辐射等。分析了超短脉冲激光微孔加工的理论研究现状,并得出了目前理论研究中存在的问题。     

用短脉冲和超短脉冲对物质进行激光烧蚀

目前这是激光技术的一个新领域。激光烧蚀加工各种材料(金属、半导体、聚合物)的表面,用飞秒脉冲在这些表面形成微结构的质量,要比用长脉冲加工高得多。在这次研讨会上,有关用短脉冲(纳秒范围)和超短脉冲(皮秒和飞秒范围)来进行激光烧蚀的报告大体上可分下面几个： * 用钕激光脉冲和准分子激光脉冲烧蚀金属和其他材料(石墨、蓝宝石)时机理的实验和数值研究;     

飞秒激光在材料微加工中的应用

本文介绍了飞秒激光的特性以及超短脉冲激光与材料相互作用的机理，并着重指出了其与长脉冲激光的区别。飞秒激光可产生超高光强、具有精确的损伤阈值(并且损伤阈值较低较低)、很小的热影响区、几乎可精密加工所有种类材料，并且，加工精度极高，可进行亚微米尺寸的精密加工。通过分析飞秒激光材料微加工的特性，综述超短脉冲激光材料微加工的应用研究现状。     

精细激光工业加工的应用概况

对比普通激光加工,超短脉冲和短波长对各种材料的优势作用日趋显现.超短脉冲和短波长的研发以及在激光加工中的试应用,为高品质的精细加工带来了希望.本文主要对激光在精细加工方面的应用进行阐述.     

激光技术与应用

利用超短脉冲激光器产生的高功率太赫兹波及其应用；量子级联激光器的现状和未来发展；利用飞秒激光器进行材料表面改性与加工；在Si基板上通过微细金属狭缝实现飞秒激光烧蚀加工；利用飞秒激光器形成周期性结构和表面功能……[编者按]     

超快激光诱导单晶硅瞬态光学性质演化机理

研究了从亚皮秒到皮秒范围内的不同脉宽和不同能量密度的激光作用下单晶硅材料表面瞬态光学性质的演化规律。这项工作基于考虑了相变潜热的双温方程、载流子数密度模型,通过计算激光辐照过程中的载流子温度、晶格温度和激发态载流子数密度和介电常数,模拟了光子到电子以及电子到声子的能量传递过程,最终得到了单晶硅表面折射率和消光系数的变化结果。有助于揭示亚皮秒到皮秒脉冲宽度范围的超短脉冲激光辐照下,单晶硅材料瞬态光学性质的演化机理。理论结果表明,若单个激光脉冲无法使单晶硅熔化,则不同的激光能量密度和不同的激光脉宽对最小折射率的影响非常有限,在0.3~0.4 J/cm2的激光能量密度范围内,每0.01 J/cm2的能量密度改变引起的最小折射率变化率小于0.5%。若单个激光脉冲能使单晶硅熔化,则不同能量密度和不同脉宽的激光对硅表面的折射率和消光系数有不同程度的影响。该研究结果可为基于超短脉冲激光的单晶硅材料加工和表面改性提供一定的理论指导。     

飞秒激光多脉冲烧蚀金属铁的数值模拟

从表面微结构加工需求出发,研究了超短脉冲对金属材料的烧蚀作用。利用双温方程推导了多脉冲辐照分析模型,分别对单脉冲及多脉冲烧蚀金属铁的温度变化规律进行了定量计算和比较。结果表明,激光能量密度、脉冲宽度、脉冲时间间隔是影响电子/晶格温度变化规律的几个主要因素,并最终绘制出了在不同的激光能量密度烧蚀下,材料达到烧蚀阈值需要的脉冲个数,以此为加工过程中的激光控制提供理论依据。     

超短激光制备单晶硅光栅结构的热积累效应和实验研究

针对超短激光辐照单晶硅材料制备光栅结构存在表面裂纹的缺陷,采用双温模型数值模拟出热积累效应,并且实验验证不同加工参数下制备的单晶硅表面光栅结构的表面质量。数值模拟出不同超短激光功率下电子温度和晶格温度的变化规律,通过调节不同的加工参数制备出单晶硅表面光栅结构沟槽,采用超景深三维显微镜对其表面形貌分析。结果表明:当超短激光的输出功率增大时,激光热驰豫时间变大,增大了非平衡状态下激光的烧蚀强度。单晶硅表面的不平整凹坑造成超短激光的反射和散射,从而使得烧蚀后存在凹坑,造成单晶硅表面的损伤溶蚀。当加工速度和加工次数一定时,增大激光的输出功率可以提高超短激光制备光栅结构的加工效率,但过大的激光功率反而造成光栅结构沟槽两侧出现溶蚀凹坑。     

飞秒激光微加工:激光精密加工领域的新前沿

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。     

超快光脉冲制造波导和微通道

20世纪 90年代初 ,密歇根大学的研究人员发现飞秒脉冲在与物质相互作用方面与长脉冲有着根本的不同 ,这一发现打开了通向普及激光精密微加工的道路。极短脉宽激光加工基本消除了对周围物质的热流动 ,可避免在多数标准加工技术中常发生的热致基质破坏。材料去除加工由以往用微秒、纳秒脉冲熔融去除变成用飞秒脉冲汽化或升华 ,产生的碎片和表面污染显著减少。另外 ,超短光脉冲与物质作用的阈值现象允许超快激光器以小于光波长的特征尺寸进行材料去除或打孔。在加工介电材料时 ,烧蚀阈值的严格性提高了精度和可再现性。过去两年中 ,许多小组评…     

超快激光诱导固体非热相变及其原子机理进展

激光诱导的相变是超短脉冲激光对材料进行加工改性的关键物理过程。由热效应驱动的光致相变通常都源于材料无序化,例如熔化或蒸发。在此情况下,光对材料原子尺度的控制力面临困难,加工改性的精度受限。而短脉冲的非热效应可以实现更高精度的相变控制,但是由于光与物质的相互作用过程复杂,相关机理仍在探索之中。介绍了近年来超短脉冲激光诱导非热相变的实验观测结果以及相应的机理研究进展,重点对比介绍了几种可以描述原子尺度机制的理论方法和超快激光在相变材料中诱导非热相变的动力学机理。最后讨论了理论机理对激光控制相变的参考意义。     

超快激光刻写获得类似羽毛笔书写字体的效果用超短脉冲激光在透明材料上刻写

激光技术用于刻写和其他设计应用已有多年,最近这一领域又有新的进展和奇异的发现. 研究人员利用超短激光脉冲在透明材料,如石英玻璃上刻写,获得了外形类似于以往用羽毛笔蘸墨水书写的形式.这项成果有可能在激光直写、材料加工处理和光学装饰等领域得到应用.     

透明脆性材料的bottom-up激光高速钻孔

与传统的激光钻孔不同,透明材料的bottom-up钻孔是将激光穿过材料,聚焦于材料的下表面,由底部一层一层地将材料向上去除。基于不同脉宽的激光,探讨了玻璃材料bottom-up钻孔的机理。结果表明:除了超短脉冲激光外,纳秒激光亦可以实现bottom-up钻孔,而且更容易实现零锥度钻孔;bottom-up钻孔效率随脉宽减小而降低,2 ns～50 ps激光的切割效率比超快激光高,此结果不同于常用的top-down加工的结果,文中亦尝试对此现象进行了解释。     

SiC及其功率器件的激光制孔研究进展

SiC作为第三代半导体材料的典型代表,因具有优异的物化性能,在功率器件领域具有极大的应用前景.文章简要介绍了激光制孔的基本原理,综述了 SiC的长脉冲与超短脉冲激光制孔研究进展,对比了长脉冲与超短脉冲激光的加工特点,分析了不同脉冲宽度下SiC的制孔效果.同时,介绍了 GaN/SiC,AlGaN/GaN/SiC等SiC功率器件的激光制孔研究现状.最后,指出了 SiC及其功率器件激光制孔面临的挑战,并展望了未来的发展方向.     

高平均功率超短脉冲激光光纤放大研究进展

超短脉冲激光在生物医学、激光微加工、国防等领域有重要的应用.随着双包层光纤激光技术的发展,基于双包层光纤或光子晶体光纤(PCF)的超短脉冲激光光纤放大技术由于在体积、效率、光束质量等方面的优势,倍受关注.主要报道国内外皮秒和飞秒级超短脉冲激光光纤放大的最新进展,介绍其在微加工、超连续谱产生和太赫兹波产生方面的典型应用.     

电子工艺

Y2000-62079-383 0020130激光微机械加工=Laser micromachining[会,英]//1999 IEEE Conference on Lasers and Electro-Optics.—383～385(F)本部分收录3篇论文摘要。内容包括硬质材料的混合激光处理,超短激光脉冲对脆绝缘材料造成破坏的域值和加工技术,掺铁 LiNbO_3中光致刻蚀失败。