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。     

飞秒激光微加工的研究进展

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。     

飞秒激光加工机理及仿真研究进展

目前,微加工和精加工技术的迅速发展对微型化加工技术提出了更高的要求:将加工尺度提高到微米甚至纳米级,并且能够在材料内部实现三维立体微加工.飞秒激光可以突破衍射极限的限制,打破了加工极限,是当前先进制造技术的热点.本文综述了飞秒激光加工的发展历程和机理,并从库仑爆炸模型、微爆炸模型、色心模型以及双光子电离模型等方面对激光加工机理进行了阐述.对于飞秒激光的超快作用过程,仿真是分析加工机理、研究激光与材料作用过程的主要手段.分析了飞秒激光仿真所采用的双温模型、分子动力学模型及复合模型的特点及其适用范围,为飞秒激光加工的理论研究提供依据.最后指出了目前飞秒激光加工技术存在的问题,并对该技术的发展进行了展望.     

飞秒激光在金属微加工中的应用

作为一种新型的减材加工技术,飞秒激光在材料微加工中具有独特优势.介绍了飞秒激光加工的机理,分析了飞秒激光加工效率和加工质量的影响因素,阐述了飞秒激光加工工艺参量及表面质量的预测方法,对飞秒激光与增材制造的结合应用作了展望.飞秒激光加工的效率与精度影响因素众多,要真正在金属加工领域精准大规模应用这一精细技术,尚需对飞秒激...     

飞秒激光在微加工领域的应用研究

飞秒激光具有超精细三维微加工、高聚焦能力、超强峰值功率、超短脉冲等特点,在其逐渐发展过程中飞秒激光以其自身的这些特点被应用到各个领域中,其中应用最多的就是飞秒激光的微加工技术。因此本文主要研究飞秒激光在微加工领域中微加工金属材料、微加工耦合器和光波导、微加工光子晶体、微加工光线器材中的具体应用。     

SU-8胶双光子微加工分辨率与工艺条件研究

为了提高SU-8光刻胶的微加工分辨率,利用飞秒激光双光子聚合技术研究了SU-8光刻胶微加工时的加工工艺条件与分辨率之间的关系.实验在本研究组自主研制的纳米光子学超细微加工系统上进行,以钛蓝宝石飞秒激光器发出的780 nm波长激光作为加工光源,考察了不同激光功率与曝光时间等激光加工条件和后烤与无后烤等工艺条件对SU-8聚...     

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。     

飞秒激光制备PMMA表面微结构的作用机理和润湿性研究

采用飞秒激光微加工技术对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)表面进行微加工,研究PMMA表面不同微结构的润湿性。首先对飞秒激光去除透明聚合物材料的机理进行研究并建立了材料去除模型,制备出PMMA表面光栅结构和方柱结构;采用超景深三维显微镜和接触角测量仪对微结构表面形貌和润湿性进行测量分析。结果表明:飞秒激光加工PMMA表面微结构可以将PMMA润湿性从亲水向疏水状态转变,微结构间距过小会导致激光加工时飞溅的熔融物堆积在结构通道。     

“2010中国光学重要成果”介绍

飞秒激光制备微透镜及其在双光子荧光显微成像中的应用飞秒激光微加工技术具有超高的加工精度和对透明材料三维加工的能力,在当代微纳加工领域中独树一帜,成为多功能集成芯片制备中独具优势的解决方案。而在众多的芯片基底材料中,熔融石英以其优良的物化性能脱颖而出。当前,飞秒激光加工处理石英玻璃主要包括激光辐照和化学腐蚀等步     

基于超短激光的光纤微加工人机界面设计

为了实现对光纤微加工过程的自动控制,在研究了157 nm超短波长激光和飞秒超短脉冲激光的工艺规划基础上,开发了超短激光微加工的数控自动编程系统,即人机交互界面。该编程系统可以自动生成数控指令代码,用于工作台以及激光的辅助控制。人机界面可以根据选择的加工形状,模拟仿真加工的全过程,并能预测加工结果,以提高加工效率。该系统能够满足不同光纤微加工的实际需求。     

飞秒激光微加工中光斑横向超分辨研究

飞秒激光微加工中焦点光斑横向光场的分布直接影响到激光微加工的精度、分辨率和表面粗糙度等。利用激光束空间整形技术对激光束聚焦光斑进行调制,基于横向超衍射理论和优化算法进行了研究和分析,完成了一种0-结构四环横向相位板的设计。该相位板归一化半径为r1=0.16、r2=0.27、r3=0.49,获得的峰值能量S、焦斑尺寸GT、旁瓣能量MT分别为0.38、0.74、0.20。并且基于该相位板在激光微加工系统中进行了一种光致变色材料的相位板加入前后的对比加工实验,实验结果表明,在飞秒激光微加工系统中使用这种相位板可以有效地减小加工点的尺寸大小。     

飞秒激光在铌酸锂晶体中的微孔加工

研究了飞秒激光的光束参数对在铌酸锂晶体中形成微孔的影响,通过实验得出了光束参数与圆孔尺寸的关系,为飞秒激光在透明介质中加工微孔及微加工其它结构提供了参考依据.     

飞秒激光仿生制备超滑表面及其应用北大核心CSCD

仿生超滑表面由于能抗各种液体甚至动植物黏附,因而具有非常重要的研究价值和广泛的应用前景。飞秒激光微加工技术具有材料普适性强、加工精度高、可控性强等特点,在制备和调控特殊浸润性表面方面具有非常突出的优势。从仿生制造的角度出发,首先介绍了飞秒激光微加工在构建和控制超疏水表面、水下超疏油表面的相关研究进展,分析了其在实际应用中的局限和不足;概述了超滑表面的制备原则及飞秒激光制备超滑表面的工艺方法,系统地总结了飞秒激光制备的各类超滑表面,及其对多种液体和气泡的操控;介绍了超滑表面的一些典型应用;最后总结和讨论了飞秒激光制备超滑表面研究和应用中存在的问题及发展前景。     

飞秒激光功能扩展及精确控制

近年来飞秒激光技术持续地快速发展，不仅深化着强场物理、超快现象、THz辐射等学科的研究内容，而且也促成了飞秒激光频标测量技术、飞秒激光精密微加工技术、飞秒纳米学、阿秒激光脉冲产生等新学科的出现和重大突破。对于目前飞秒激光所涉及的众多应用研究，通常需要具有特性不同的飞秒脉冲，如强场物理研究突出的是飞秒激光的峰值     

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.     

倒锥微孔阵列的激光微加工技术研究进展

激光微加工技术凭借其加工效率高、加工材料广泛、无物理损伤以及操控性强等优点在高精度机械部件的加工上有较好的应用前景,易加工出尺寸微小、数量庞大、高品质的倒锥微孔阵列.首先对激光加工微孔的工作原理和特点进行了介绍,综述了激光在加工微孔阵列、倒锥微孔以及倒锥微孔阵列的研究现状,详细介绍了准分子激光、飞秒激光、纳秒激光在加工...     

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。     

飞秒激光时空整形电子动态调控加工微光学元件

飞秒激光加工具有精度高、无污染、材料适用性广、热效应小等特点,在加工微光学元件方面有着独特的优势。通过对飞秒激光进行时间和空间整形,调控电子动态及其后续的电子-声子作用过程,能够有效提高加工精度和加工效率,解决微光学元件在实际加工中的质量和成本问题。本文以微透镜、光栅和波带片为例,综述了常见微光学元件的飞秒激光加工现状,介绍了时空整形飞秒激光调控电子动态的基本原理,总结了飞秒激光进行时空整形的主要实现途径,展示了这些方法在加工微光学元件上的典型应用和研究进展,最后分析讨论了时空整形飞秒激光用于加工微光学元件所面临的挑战和今后的研究重点。     

超声波辅助飞秒激光加工光纤材料的工艺探索

为了研究超声振动对飞秒激光微加工的影响,设计超声辅助装置,进行石英光纤材料的微结构加工试验。探讨不同功率的超声振动对材料加工表面质量及孔深的影响,明确超声辅助飞秒激光加工的作用机理。引入超声振动后,光纤侧面烧蚀的矩形槽壁面更为平整,残留碎屑明显减少,槽或孔的深度有所增加;在超声功率为30 W时,孔的锥度由7.34°减小到4.17°。结果表明,超声振动能有效改善材料加工表面质量,增加加工孔的深度,提高飞秒激光的加工效率,证明超声振动对飞秒激光加工具有明显的改善作用。     

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。