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飛秒激光加工基于多光子非線性吸收和電離機(jī)制

 更新時(shí)間:2022-12-24 點(diǎn)擊量:1227
  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(zhǎng)的方向邁進(jìn),這給激光材料加工帶來(lái)了革命性的進(jìn)步。這主要體現(xiàn)在超快脈沖激光加工可以得到遠(yuǎn)高于長(zhǎng)脈沖激光加工的精度,最高可以達(dá)到亞微米甚至納米。超快脈沖激光除了可以進(jìn)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(duì)透明材料內(nèi)部的加工與改性,實(shí)現(xiàn)了其他加工方法無(wú)法實(shí)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(duì)于超硬、易碎、高熔點(diǎn)、易爆等材料的加工,更具有其他方法所無(wú)法匹敵的優(yōu)勢(shì)。
  由于飛秒激光的超快速時(shí)間和超高峰值功率的特性,在飛秒激光用于材料加工時(shí),具有如此高峰值光強(qiáng)和極短持續(xù)時(shí)間的光脈沖與物質(zhì)相互作用,能夠以極快的速度將其全部能量注入到很小的作用區(qū)域,瞬間內(nèi)的高能量密度沉積將使電子的吸收和運(yùn)動(dòng)方式發(fā)生變化,避免了激光線性吸收而導(dǎo)致能量轉(zhuǎn)移和擴(kuò)散等的影響,從而在根本上改變了激光與物質(zhì)相互作用的方式,使飛秒激光加工成為具有超高精度,超高空間分辨率,以及性的材料適應(yīng)性的非熱熔冷處理過(guò)程,開(kāi)創(chuàng)了激光加工的嶄新領(lǐng)域。
  飛秒激光加工是基于多光子非線性吸收和電離機(jī)制,而不是光子能量線性吸收而形成的熱積累,因此,避免了熱傳導(dǎo)效應(yīng)。當(dāng)飛秒光脈沖作用于材料的表面或者透明材料的內(nèi)部,由于光脈沖的持續(xù)時(shí)間極短,光脈沖的作用區(qū)域極小,光強(qiáng)度高,通過(guò)非線性吸收過(guò)程,激光脈沖的能量來(lái)不及向作用點(diǎn)周?chē)鷤鬟f,光脈沖的作用過(guò)程或者加工過(guò)程就已經(jīng)結(jié)束,因此產(chǎn)生的熱量幾乎可以忽略不計(jì),被加工的材料幾乎沒(méi)有熱損傷。
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