隨著激光(guang)(guang)(guang)技術的(de)(de)(de)(de)發展，季期間(jian)想著超(chao)短(duan)脈沖(chong)(chong)、超(chao)強(qiang)高度、超(chao)短(duan)波(bo)長的(de)(de)(de)(de)方(fang)(fang)向邁進，這給激光(guang)(guang)(guang)材(cai)(cai)料加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)帶來(lai)了(le)革命性(xing)的(de)(de)(de)(de)進步(bu)。近(jin)年來(lai)超(chao)短(duan)脈沖(chong)(chong)精(jing)(jing)(jing)密加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)越(yue)來(lai)越(yue)得(de)到(dao)人們(men)的(de)(de)(de)(de)關注。這主要體現(xian)在超(chao)短(duan)脈沖(chong)(chong)激光(guang)(guang)(guang)加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)可(ke)(ke)(ke)以(yi)(yi)得(de)到(dao)高于長脈沖(chong)(chong)激光(guang)(guang)(guang)加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)的(de)(de)(de)(de)精(jing)(jing)(jing)度，最高可(ke)(ke)(ke)以(yi)(yi)達到(dao)亞微米(mi)甚(shen)至(zhi)納(na)米(mi)級別。另外超(chao)短(duan)脈沖(chong)(chong)激光(guang)(guang)(guang)除了(le)可(ke)(ke)(ke)以(yi)(yi)進行材(cai)(cai)料表面的(de)(de)(de)(de)加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)，還能夠實現(xian)對透明材(cai)(cai)料內(nei)部(bu)的(de)(de)(de)(de)加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)與改性(xing)。適用于其他加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)方(fang)(fang)法(fa)無法(fa)實現(xian)的(de)(de)(de)(de)高精(jing)(jing)(jing)度、復雜形(xing)狀元器件的(de)(de)(de)(de)加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)，實現(xian)真三維、可(ke)(ke)(ke)設(she)計、可(ke)(ke)(ke)集成(cheng)。超(chao)短(duan)脈沖(chong)(chong)激光(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)瞬間(jian)功率極大(da)，可(ke)(ke)(ke)以(yi)(yi)喝幾乎(hu)任(ren)何材(cai)(cai)料相互作(zuo)用，因而(er)可(ke)(ke)(ke)用于激光(guang)(guang)(guang)加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)的(de)(de)(de)(de)材(cai)(cai)料幾乎(hu)不受限制。對于超(chao)硬、易(yi)碎(sui)、高熔(rong)點、易(yi)爆炸等材(cai)(cai)料的(de)(de)(de)(de)加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)，更具有其他方(fang)(fang)法(fa)無法(fa)匹配(pei)的(de)(de)(de)(de)優勢。
這里的超(chao)短脈(mo)沖(chong)激光微(wei)細(xi)加工技術指的是利用超(chao)短脈(mo)沖(chong)激光（脈(mo)沖(chong)寬度在皮秒(miao)至飛(fei)秒(miao)量級，10-12~10-15s）對(dui)材料的(de)顯(xian)微(wei)(wei)加工(gong)、精密裁切以(yi)及微(wei)(wei)觀改性。這里的(de)3個屬于定義如下：顯微(wei)(wei)加工(gong)指(zhi)的(de)是對樣(yang)品(pin)材料的(de)精密去除；精密裁切(qie)值得是利(li)用激光將樣(yang)品(pin)材料裁切(qie)成微(wei)(wei)納(na)尺度(du)的(de)特征(zheng)形(xing)狀；微(wei)(wei)觀(guan)改(gai)性指(zhi)的(de)是利(li)用激光改(gai)變樣(yang)品(pin)材料特定微(wei)(wei)觀(guan)區域的(de)物理化學性能。這3個(ge)屬(shu)于既相互獨(du)立又緊密相連，有時在微觀改性的(de)同時也(ye)伴隨(sui)著樣品材料的(de)精密去(qu)除(chu)，而(er)顯微加工是精密裁切的(de)基礎。我們把上述術語統稱為超短脈沖激光微納(na)加工。
超短(duan)脈沖激光微納加工分(fen)類
從材料的性(xing)能變化來說(shuo)，超(chao)短脈(mo)沖(chong)激光微(wei)納加工可以(yi)分為表(biao)面形貌(mao)、折(zhe)射率、離子價態(tai)、相態(tai)、缺陷態(tai)、晶態(tai)、化學(xue)鍵以(yi)及能帶結構等的修飾(shi)與(yu)調控。在超(chao)短脈(mo)沖(chong)激光加工過程(cheng)中(zhong)，有時是(shi)單(dan)一的性(xing)能銹蝕，有時是(shi)多項(xiang)性(xing)能的修飾(shi)同時發(fa)生。舉例說(shuo)明。
圖1為(wei)超短脈(mo)沖激(ji)光誘導的6中材料性(xing)能轉(zhuan)變。（a）為在金屬表面形成(cheng)的亞波長周(zhou)期結構。其周(zhou)期從入(ru)射激光波長尺度到入(ru)射波長的1/10，為(wei)制備納米尺(chi)度周(zhou)期結構提供(gong)了一種(zhong)全新的途徑。（b）為波(bo)導結(jie)(jie)構。超短脈沖激光(guang)(guang)(guang)(guang)可(ke)以在透明材料內部(bu)誘(you)導折射(she)(she)率改變，寫(xie)入二維、三維的波(bo)導結(jie)(jie)構及(ji)器(qi)(qi)件，如分束器(qi)(qi)、衍射(she)(she)光(guang)(guang)(guang)(guang)柵、整(zheng)列(lie)波(bo)導光(guang)(guang)(guang)(guang)柵、波(bo)導激光(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)等。（c）為在晶體(ti)內部的(de)(de)誘導的(de)(de)缺陷結構(gou)，即色心。在諸如半導體(ti)、發光信息(xi)存儲、色心激光等(deng)技術領域有著廣發的(de)(de)應用。（d）為離(li)(li)子價態變化。在金屬離(li)(li)子或稀土離(li)(li)子摻雜(za)(za)的(de)玻(bo)璃內(nei)部，是的(de)摻雜(za)(za)離(li)(li)子的(de)價態發生改變，誘導出具有特殊功(gong)能(neng)的(de)符合材料(liao)，實現(xian)特定的(de)線(xian)性、非線(xian)性光學(xue)性能(neng)。（e）為靜態(tai)變化(hua)。超(chao)短脈沖(chong)激(ji)光的輻(fu)照非(fei)晶(jing)(jing)態(tai)的玻璃(li)材料可以在輻(fu)照區域析(xi)出晶(jing)(jing)體(ti)相，或者(zhe)超(chao)短脈沖(chong)激(ji)光輻(fu)照晶(jing)(jing)體(ti)材料，在激(ji)光輻(fu)照區域可以從一(yi)種(zhong)晶(jing)(jing)態(tai)向另一(yi)種(zhong)晶(jing)(jing)態(tai)轉化(hua)，為制備(bei)不同晶(jing)(jing)態(tai)的集成器件提供(gong)新途徑。（f）為半(ban)導體(ti)帶隙(xi)變化。通過超短脈沖激光半(ban)導體(ti)硅，改變其(qi)能帶結(jie)構。經處理(li)的硅具有吸收光譜(pu)(pu)寬以及(ji)光譜(pu)(pu)響應速度快的特點，在太(tai)陽能電(dian)池(chi)以及(ji)光電(dian)探(tan)測(ce)器方面具有極大的應用前(qian)景。
圖(tu)1超短脈沖激光微納加工(gong)距離
超短(duan)脈沖激光微(wei)納加工應用(yong)領域(yu)
中央“十二五”規劃提出(chu)了加(jia)快培育和發展戰(zhan)(zhan)略性新(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)興(xing)產(chan)業(ye)(ye)(ye)的(de)建議，大(da)力發展節(jie)(jie)能(neng)環(huan)保、新(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)興(xing)新(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)興(xing)產(chan)業(ye)(ye)(ye)、生物(wu)產(chan)業(ye)(ye)(ye)、新(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)能(neng)源、新(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)能(neng)源汽(qi)車、高端裝備(bei)制造(zao)業(ye)(ye)(ye)和七大(da)戰(zhan)(zhan)略性新(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)興(xing)產(chan)業(ye)(ye)(ye)。這為激(ji)(ji)光現金制造(zao)技(ji)術提供了前(qian)所未有(you)的(de)發展機(ji)遇(yu)。在這七大(da)斬六新(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)興(xing)產(chan)業(ye)(ye)(ye)中，超短脈(mo)沖激(ji)(ji)光微納加(jia)工(gong)都能(neng)發揮(hui)用武(wu)之地而(er)且是某些環(huan)節(jie)(jie)的(de)必須技(ji)術。
圖2超短脈(mo)沖激(ji)光微(wei)納加工應(ying)用領域
目前，超短脈沖激光微納加工主(zhu)要應(ying)用在(zai)如(ru)圖2所示的領域。這(zhe)里(li)舉例(li)(li)幾個應用實例(li)(li)：（1）太陽能電池（包括晶硅以及薄膜電池）的(de)鉆孔、刻線、劃(hua)槽(cao)以及表(biao)面紋理化，通過超短脈(mo)沖激光埋柵刻槽(cao)及摻雜處理后(hou)，電池的(de)光電轉換效率有望得到2%左右的提升；（2）計算機(ji)、手機(ji)、電視等CSTN、TP、LCD液晶(jing)顯示模塊中的(de)超薄(bo)玻璃(li)基板的(de)劃線(xian)分(fen)割。傳統方法采用金剛石切割，成品率低，刀(dao)具壽命短。超短脈(mo)沖激光的(de)非接(jie)觸(chu)肺熱加工模式則(ze)可以克服上述缺(que)點(dian)，是取(qu)代傳統金剛石切割，進行產業(ye)更新換(huan)代的(de)理想技術；（3）醫療行業。目前常用(yong)(yong)于(yu)制作血管(guan)(guan)支(zhi)架的(de)(de)材(cai)料(liao)有金(jin)屬鉭、醫用(yong)(yong)不(bu)銹鋼及鎳鈦合金(jin)等。金(jin)屬支(zhi)架在(zai)進入臨床治療后(hou)取得了(le)(le)令(ling)人矚目的(de)(de)療效，但(dan)近年也(ye)逐(zhu)漸暴露出一些不(bu)足和弊病(bing)，如易至(zhi)血栓形(xing)成，再狹窄率(lv)高，造成血管(guan)(guan)壁(bi)損傷以及永久保留(liu)體內等。針對以上不(bu)足，可降解(jie)(jie)生物(wu)材(cai)料(liao)的(de)(de)血管(guan)(guan)支(zhi)架成為研究的(de)(de)熱點，對可降解(jie)(jie)材(cai)料(liao)的(de)(de)加(jia)工是決定該類支(zhi)架材(cai)料(liao)應用(yong)(yong)的(de)(de)關鍵問題。為了(le)(le)保證加(jia)工后(hou)的(de)(de)材(cai)料(liao)性能(neng)不(bu)便，對加(jia)工技術提出了(le)(le)更高的(de)(de)要求。超短脈沖(chong)激(ji)光微納加(jia)工可降解(jie)(jie)生物(wu)材(cai)料(liao)具有獨(du)到的(de)(de)優勢；（4）精(jing)密機械(xie)、醫療(liao)、光學(xue)元器件加(jia)工(gong)。適用(yong)于(yu)一(yi)些機械(xie)加(jia)工(gong)方(fang)法無法實現的高精(jing)度、復雜形(xing)狀(zhuang)元器件的加(jia)工(gong)，如(ru)發動機噴嘴、打拿極、太(tai)赫茲光源偏正片等；（5）透(tou)明材料內(nei)部的維納(na)改(gai)性。對玻璃(li)、晶體(ti)、高(gao)分子(zi)材料內(nei)部實現(xian)微納(na)改(gai)性，賦(fu)予改(gai)性區域新的功能。適用(yong)于制備波(bo)導(dao)類光子(zi)學微器件、三維立體(ti)顯示、三維工藝品等；（6）微(wei)電子(zi)學(xue)。薄膜(mo)的局(ju)部(bu)沉積(ji)及(ji)去(qu)除，即(ji)激光修整、激光光刻(ke)、激光微(wei)機(ji)械加工，以及(ji)局(ju)部(bu)摻雜等。圖3進一步闡述了圖(tu)2中超(chao)短脈沖激光的應用領域。
（a）為晶硅太(tai)陽能電(dian)池的埋柵刻槽(cao)與激光摻雜(za)；（b）為激(ji)光(guang)刻劃有機薄膜太陽能電池；（c）為超(chao)短脈沖激光對聚合物材料進行雙光子(zi)聚合制備微(wei)光機電器件；（d）為(wei)飛秒激光輔助眼科手術；（e）為皮秒激光刻蝕柔性印刷電路板的聚合物導電層；（f）為(wei)皮(pi)秒激光(guang)隱(yin)性切割(ge)LED襯底材料。
圖3 超短脈沖激(ji)光微(wei)細加工應用領域舉例
超(chao)短脈沖激光微納加工市(shi)場展望
相對于傳統的激光(guang)(guang)打標、激光(guang)(guang)焊接、激光(guang)(guang)切(qie)割等，超短(duan)賣場激光(guang)(guang)精密微(wei)細(xi)加工(gong)還屬于新(xin)興(xing)的試產，美國Raydiance公(gong)司預(yu)測在10年(nian)內，超(chao)短脈沖激光技(ji)術將擁有超(chao)過1000億(yi)美元(yuan)的(de)市場，其(qi)中醫學和聲明科(ke)學占50%、材料開發(fa)和制造行業占(zhan)25%。也(ye)就是(shi)說在材(cai)料加(jia)工、制(zhi)造行業，未來10年內超(chao)短短脈沖激光技術在全(quan)球(qiu)將會有超(chao)過250億美元的(de)市場。
隨著(zhu)超短(duan)脈沖(chong)激光(guang)器件趨向更為(wei)(wei)(wei)(wei)成(cheng)熟(shu)的工業應用，超短(duan)脈沖(chong)激光(guang)微納加工技術(shu)將開(kai)拓更為(wei)(wei)(wei)(wei)廣闊的應用領域，成(cheng)為(wei)(wei)(wei)(wei)諸多行業不(bu)可或缺的利器，為(wei)(wei)(wei)(wei)科技造(zao)福、為(wei)(wei)(wei)(wei)社會創造(zao)更美好的明天。
推薦設備：飛秒激光切割機
