飛秒激光器的應(yīng)用

近幾年來，隨著人們對生活質(zhì)量要求的提高，國內(nèi)的消費類電子，清潔能源，新能源汽車，生物醫(yī)療以及半導(dǎo)體等行業(yè)得到了蓬勃的發(fā)展。激光尤其是超快激光在這些高端智能制造領(lǐng)域的作用得到越來越多的體現(xiàn)。

超快超強激光主要以飛秒激光作為研究與應(yīng)用的核心，作為一種獨特的科學(xué)研究工具與手段，飛秒激光的應(yīng)用可以大體上概括為三大主要方面，即飛秒激光在超快領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用、在超強領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用和在超微細精密加工中的應(yīng)用。

（1）超快現(xiàn)象是指發(fā)生在物質(zhì)微觀體系中快速變化的物理、化學(xué)或生物過程。飛秒激光在超快現(xiàn)象研究領(lǐng)域中所起到的是一種快速過程診斷的作用。飛秒激光尤如一個極為精細的時鐘和一架超高速的“相機”，可以將自然界中特別是原子、分子水平上的一些快速過程分析并記錄下來。在這一領(lǐng)域，飛秒激光為我們開了一扇新的大門，讓我們得以窺見更加細微的自然世界。

（2）飛秒激光在超強領(lǐng)域中的應(yīng)用（又稱為強場物理）歸因于具有一定能量的飛秒脈沖的峰值功率和光強可以非常之高。這樣的強光所對應(yīng)的電磁場會遠大于原子中的庫侖場，從而很容易地將原子中的電子統(tǒng)統(tǒng)剝落出去。因此，飛秒激光是研究原子，分子體系高階非線性、多光子過程的重要工具。與飛秒激光相應(yīng)的能量密度只有在核爆炸中才可能存在。飛秒強光可以用來產(chǎn)生相干X射線和其它極短波長的光，可以用于受控核聚變的研究。

（3）隨著集成電路規(guī)模的日益增大，電子元器件在尺寸上變得越來越小，這方面的需求為超微細加工技術(shù)提供發(fā)揮空間。飛秒激光用于超微細加工是飛秒激光用于超快現(xiàn)象研究和超強現(xiàn)象研究之外的又一個飛秒激光技術(shù)的重要的應(yīng)用研究領(lǐng)域。這一應(yīng)用是近幾年順應(yīng)市場需求而開始逐步發(fā)展起來的，目前已經(jīng)取得了不少重要的進展。

隨著激光技術(shù)的發(fā)展，激光器向著更快脈沖、更高能量、更短波長的方向邁進，這給激光材料加工帶來了革命性的進步。這使得飛秒超快和飛秒超強研究有所不同的是飛秒激光超微細加工與先進的制造技術(shù)緊密相關(guān)，對某些關(guān)鍵工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展可以起到更直接的推動作用。這主要體現(xiàn)在超快脈沖激光加工可以得到遠高于長脈沖激光加工的精度，最高可以達到亞微米甚至納米。超快脈沖激光除了可以進行材料切割打孔等基本加工之外，還能夠?qū)崿F(xiàn)材料表面的加工與改性，對透明材料內(nèi)部的加工與改性，實現(xiàn)了其他加工方法無法實現(xiàn)的高精度、復(fù)雜形狀元器件的加工。另外超快脈沖激光幾乎可以與任何材料相互作用，可用于激光加工的材料不受限制。對于超硬、易碎、高熔點、易爆等材料的加工，更具有其他方法所無法匹敵的優(yōu)勢。