飞秒与纳秒激光刻蚀单晶硅对比研究

采用输出功率8W的355nm Nd∶YVO4纳秒激光器和3W的1030nm飞秒激光器对0.4mm的单晶硅的刻蚀进行了对比研究,研究了激光的单脉冲能量密度,脉冲宽度,脉冲耦合率等参数对加工质量和精度的影响。实验结果表明,飞秒激光加工的热效应要小于紫外纳秒激光,同时飞秒脉冲产生了纳米条纹,但随着加工次数的增加,纳米条纹也直接导致了不规则裂纹的产生。这说明飞秒激光的加工优越性也是有条件的,当需要对材料进行大量去除之类的加工时,成本相对较低的紫外纳秒激光可能更为适合。     

AlN陶瓷的飞秒激光表面加工及制孔应用

采用飞秒激光对AlN陶瓷进行表面加工实验,分析了激光能量密度和扫描速度对加工表面形貌和尺寸的影响,优选出兼顾加工质量与效率的工艺参数区间,即能量密度10～14 J/cm2,扫描速度20～30 mm/s.基于此,以螺旋扫描轨迹于AlN陶瓷上进行制孔应用,成功实现了无崩边及微裂纹等缺陷的圆孔、方孔及跑道孔加工.该研究验证了飞秒激光加工高质量多孔型的可行性,推动了硬脆材料激光制孔技术在半导体功率器件领域的应用.     

飞秒激光加工不锈钢微型悬臂梁的工艺研究

为了研究飞秒激光对不锈钢材料的加工工艺,采用基于飞秒激光材料烧蚀的微细加工方法,深入研究了飞秒激光高效高质量微细加工不锈钢材料的工艺条件与参量优化,并应用于微型不锈钢悬臂梁的制作。分析了激光能量密度、激光扫描速度、重复扫描次数对加工形貌和蚀除速率的影响,制作出了高质量的微米量级的不锈钢微型悬臂梁。结果表明,飞秒激光微细加工是一种极具前途与极具柔性的微机电系统器件加工手段。     

飞秒激光应用于合金材料微细加工的试验研究

利用飞秒激光对H62黄铜、lCr18Ni9Ti奥氏体不锈钢和7075铝合金进行加工,研究了激光参数和试验条件对三种合金材料的微细加工效果的影响.试验研究内容包括脉冲扫描速率与刻蚀宽度和深度的关系、入射脉冲数量与刻蚀宽度以及刻蚀效率的关系.运用扫描电子显微镜和激光共焦扫描显微镜对试验结果进行分析,发现对于三种合金材料而言,入射的脉冲数量达到某值后,刻蚀宽度基本保持恒定;黄铜和不锈钢的通道宽度与深度会随着激光扫描速率的提高而降低;飞秒激光可以对黄铜与不锈钢实现冷加工,单个脉冲的刻蚀率分别为102.4 nm和39.83 nm,是比较理想的微加工手段.     

金铬薄膜的飞秒激光烧蚀加工

着重从实验角度对飞秒激光烧蚀金属薄膜所得直线微槽的形状尺寸与实验加工参数之间的控制规律进行了研究.对使用频率为1kHz、波长为800nm、脉宽为30fs的超短脉冲激光在150nm厚的金铬薄膜上直线扫描所得微结构进行观察,发现:改变聚焦物镜的数值孔径(NA)、激光功率、扫描速率以及重复扫描次数等实验参数,均会对加工所得微...     

飞秒激光烧蚀面齿轮材料的工艺参数影响研究

根据面齿轮材料18Cr2Ni4WA的飞秒激光扫描加工中的温度传递过程，建立了三温传热模型，并建立了扫描加工中的多脉冲能量累积模型。仿真分析了改变激光能量密度对烧蚀材料时电子晶格温度的变化，多脉冲加载下电子、晶格和材料表面最高温度的变化，以及改变扫描速度和扫描间距对加载能量的变化，结果表明随着能量密度的增大，电子最高温度从37000 K上升至44000 K、最终平衡温度从17000 K上升至22000 K。在多脉冲的加载下，随着能量密度的增大，电子最高温度也有一定程度的增大，并且材料表面最高温度的平衡温度也会增大，从2600 K上升至3250 K。随着扫描速度和扫描间距的增大，多脉冲累积能量有一定的减小，能量分布尺度在增大。试验分析了不同能量密度、扫描速度和扫描间距对飞秒激光烧蚀面齿轮材料的影响，并对烧蚀形貌进行了粗糙度分析，结果表明，当能量密度为4.34 J/cm²、扫描速度为300 mm/s、扫描间距为18μm时，烧蚀形貌质量较好。该研究为提高飞秒激光扫描加工面齿轮材料的表面形貌质量提供了研究基础。     

M35高速钢飞秒激光加工表面亲液性试验研究

使用波长为1 030 nm飞秒脉冲激光在M35高速钢表面加工微凹坑阵列,运用光学显微镜、白光干涉仪和接触角测量仪分别测量样品表面的三维形貌和接触角,探究不同参数对样品表面形貌和接触角的影响规律。结果表明,随能量密度和扫描次数增加,微凹坑的半径和深度均增大,M35高速钢表面接触角减小,样品表面亲水性增大,微凹坑间距减小可提高M35高速钢表面的亲液性。试验结果可为高速钢表面润湿性的研究提供参考。     

飞秒激光切割复杂形状石英器件的试验研究

为了从石英单晶薄片上切割分离出复杂形状的器件，进行了石英单晶薄片的飞秒激光基础试验。在50、100、200 kHz高重复频率下，试验研究了烧蚀孔径与激光参数的关系，从而分析计算得到在对应重复频率下纯石英的刻蚀阈值分别为3.73、3.45、3.2 J/cm2。然后，研究了飞秒激光的脉冲能量、扫描速度等加工参数对微槽加工质量的影响。结果表明，激光脉冲能量会显著改变加工微槽的表面形貌，扫描速度控制在3.5 mm/s附近时加工效果最优。最后，利用优化的工艺参数，在厚度0.45 mm的石英晶片上切出了谐振音叉类复杂形状器件，总体上达到了预期的质量要求。     

飞秒激光织构钛合金表面形貌及润湿性研究

通过改变飞秒激光的能量密度和扫描次数，分别采用90°和60°两种激光交叉线扫描方式，在钛合金表面制备了一系列方形和菱形微结构，系统地研究了飞秒激光参数对表面形貌和润湿性的影响。利用X射线光电子能谱测量分析了激光织构前后的表面化学成分变化。结果表明：表面结构的轮廓形貌更加依赖于激光的能量密度，而扫描次数主要影响结构的特征尺寸。不同的飞秒激光参数下获得的织构钛合金表面表现出不同程度的亲水性提升。较高的激光能量密度和扫描次数有利于增大钛合金表面的粗糙度，同时导致大量的金属氧化物富集，从而促进了液滴的浸润。     

飞秒激光诱导TC4表面微观组织研究

为探究超快激光对金属材料的烧蚀特性,利用飞秒脉冲激光加工TC4,研究加工后TC4表面的形貌特点,分析飞秒激光加工金属的作用机理。当激光能量密度为8.05 J/cm2时,用白光干涉和扫描电镜观察不同扫描速度下材料表面的形貌变化。随着扫描速度的降低,表面条纹变深,条纹上方的二级微纳凸起尺寸增大,粗糙度增加,条纹侧面出现经典低空间频率条纹。从高斯光束特点和光斑重叠率角度对各种形貌的形成机理进行分析,高斯光束光斑中心处能量密度高,条纹上方形成凸起,侧面形成经典条纹;当光斑重叠率越大,单位面积内能量密度就越大,表面微结构尺寸也随之增大。     

基于光子晶体光纤飞秒激光放大器的微纳加工系统

以掺镱大模面积光子晶体光纤(PCF)飞秒激光放大器为光源组建了一套结构紧凑且运行稳定的飞秒激光微纳加工系统,中心波长为1040 nm,重复频率50 MHz,最大平均功率16 W,光栅压缩后脉冲宽度85 fs。利用该套系统在硅片、金属薄膜(Cr膜、Al膜)上演示了微图案的刻划,并与采用重复频率1 kHz的固体钛宝石飞秒激光放大器的加工结果进行对比,发现利用新组建的加工系统进行微纳加工,由于单脉冲能量较小且便于调节,使得刻划微图案时边缘加工效果更容易控制,且避免了加工过程中未加工区域受到的污染,保护了制作衬底。显示了该套系统高重复频率和高平均功率的特性及其在改善微纳加工效果及明显提高加工效率方面的优势。     

飞秒激光实现微机电系统加工短流程工艺

为探讨采用飞秒激光直接刻写样品取代传统光刻掩膜版方式来实现微机电系统(MEMS)加工短流程工艺的可行性,采用中心波长为800nm、脉宽为50fs的激光对100硅片(薄膜为350nm～500nm厚的氮化硅)进行实验,分析了飞秒激光材料加工特性.分析和实验结果表明,飞秒激光比纳秒、皮秒激光更适用于短流程工艺.MEMS加工短流程工艺减少了加工流程,缩短了加工周期.通过对激光脉冲能量和平台移动速度的控制可实现精确微加工.     

皮秒激光抛光KDP晶体的工艺研究

为了改变KDP晶体精密加工难和效率低的状态,采用皮秒超快激光抛光KDP晶体的新方法,系统地研究了激光波长、单脉冲能量密度、激光束入射角、光斑搭接率、扫描方式以及激光焦深等因素对激光抛光KDP晶体质量的影响规律,并对激光与KDP晶体的相互作用机理进行了分析。结果表明,在皮秒激光波长λ=355nm、聚焦镜焦距f=56mm、激光束入射角α=84°、激光重复频率F=800kHz、脉冲能量密度Q=2.4J/cm2、光斑搭接率O=60%、45°多方向交叉扫描以及加工次数T=10次的优化参量条件下,KDP晶体表面粗糙度均方根值可达到76nm。这一结果使激光抛光技术的研究得到了进一步补充。     

飞秒激光直写透明光学材料光波导的研究进展

综述了飞秒激光直写光波导的加工过程和表征方法、可直写形成光波导的不同透明光学材料以及直写光波导应用的进展。总结了飞秒激光直写引起的折射率变化与材料有关,同时还依赖于加工的脉冲能量、脉冲宽度、偏振以及扫描速度等。指出飞秒激光微加工在光子器件领域的有很好的应用前景。     

铝箔微孔的飞秒激光加工艺的研究

在飞秒激光与金属材料相互作用研究的基础上,在不同的激光器运行参数条件下利用飞秒激光器在金属铝箔上制备阵列微孔,研究了对阵列微孔的孔径与激光器工艺参数之间的关系。利用Origin7.0及SPSS13.0对实验数据进行分析,指明了飞秒激光器脉冲数、脉宽、单脉冲能量对孔径大小的影响。     

“飞秒激光微加工——打孔”的文献综述

飞秒激光微加工技术作为一种新兴的加工技术,具有非接触、效率高、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结构微加工等传统技术无法比拟的诸多优点,其应用领域相当广泛。文章描述了飞秒激光加工透明材料时,激光能量沉积在光学趋肤层,热效应极小的特性。指出了目前打孔普遍利用激光的直写技术,针孔掩模加工技术可以改善孔形的事实。最后展望了飞秒激光微加工的研究方向。     

飞秒激光对离体兔巩膜的光离解作用

为探索飞秒激光在兔眼巩膜上产生光离解作用的可行性,并寻找适当的激光切割方式及相关参数,将不同脉冲能量的飞秒激光(800nm/50fs)聚焦后作用于离体兔眼巩膜。通过计算机控制的三维平台的定向移动,飞秒激光能够在兔眼巩膜上完成打孔、蛇形扫描和线性切割三种方式的光离解作用。应用光学显微镜和扫描电镜(SEM)观察激光作用后巩膜的形态学变化,并用Nd∶YAG激光作为对比。实验结果表明,飞秒激光经过显微物镜(NA0.2)聚焦后,当其功率密度达到或超过9.55×1014W/cm2,脉冲能量在37.5~125μJ变化时,激光以0.1mm/s的速度线性扫描巩膜能形成深度为30~70μm的沟道;当激光的功率密度减小至7.96×1014W/cm2,脉冲能量小于31.25μJ/pulse时,在相同条件下却不能产生光离解作用。与Nd∶YAG激光相比,飞秒激光在兔眼巩膜上切割瘘道的内壁更加光滑整齐,对周围的组织损伤更小。飞秒激光对离体兔眼巩膜高精度和微创伤的光离解作用,预示了它在未来青光眼治疗中有潜在的应用价值。     

脉冲激光对石英基底Ta2O5/SiO2滤光膜的损伤效应研究

随着高能激光系统的发展,对光学薄膜抵抗激光损伤能力的要求越来越高,而激光脉宽是脉冲激光对薄膜损伤行为的重要影响因素。针对Ta₂O₅/SiO₂多层膜,基于1-on-1测试方法,分析其在飞秒、皮秒、纳秒激光作用下的损伤特性。测得800 nm飞秒激光作用下的损伤阈值为1.67 J/cm₂;532 nm和1 064 nm皮秒激光作用下的损伤阈值分别为1.08 J/cm²和1.98 J/cm²;532 nm和1 064 nm纳秒激光作用下的损伤阈值分别为9.39 J/cm₂和21.57 J/cm₂,并使用金相显微镜观察了滤光膜的损伤形貌。实验结果表明：飞秒激光对滤光膜的损伤机理主要是多光子电离效应,而皮秒和纳秒激光对滤光膜的损伤机制主要是热效应。滤光膜在飞秒激光作用下的损伤阈值与皮秒激光作用下的损伤阈值相当,纳秒激光作用下的损伤阈值要高一个数量级,透射通带外损伤阈值约为通带内损伤阈值的2倍。     

飞秒激光对光纤布拉格光栅的曝光实验研究

采用聚焦的红外飞秒激光对紫外激光刻写的Ⅰ型光纤布拉格光栅(FBG)分别进行了单点和扫描式曝光实验,重点研究了飞秒激光脉冲能量远低于光纤的损伤阈值情况下,脉冲激光对光栅光谱的影响。实验发现,激光单点照射栅区任意位置时,照射过程中的光谱有较大红移,且光谱结构不再是单透射峰而是不规则的多透射峰;然而照射结束后的布拉格波长蓝移且光栅透射率增加,随着曝光时间的增加该变化逐渐趋于饱和。通过建立非均匀温度场扩散模型,激光诱导的折射率变化会叠加在原光栅的折射率调制分布上,理论仿真了不同曝光时间后和曝光过程中的光谱变化,与实验结果非常吻合。     

微爆材料的飞秒激光三维光存储

飞秒激光三维光存储是实现高密度和超高密度光存储的重要方法之一。对一种新的微爆材料（以PMMA为基质掺杂Sm0.5Ce0.5（DBM）3Phen染料）的吸收光谱进行了测量和分析,以波长为514.5 nm的激光作为激光光源获得了激发前后的荧光光谱,以800 nm飞秒激光作为激发光源得到激发前后的电子旋转共振光谱特性,并分析了不同激光脉冲能量下存储数据点尺寸和存储点读出灰度值的变化情况,并实现了该材料的飞秒激光四层光信息存储,点间距为4 m,层间距为16 m,实验结果表明:这种材料可以很好地应用于三维光信息存储。