飞秒/皮秒材料处理

使用飞秒和皮秒激光脉冲进行微机械加工

  • 利用超短激光脉冲的高峰值能量来刻蚀材料
  • 材料直接蒸发,无熔融边缘
  • 材料处理方法:划线,切割或钻孔
  • 材料:玻璃,太阳能电池,晶圆,金属板,医疗器械或聚合物
  • 为了应用的稳定需要可靠的种子激光

使用超短脉冲进行材料整形以及刻蚀是密切相关的两个过程。皮秒(ps)或飞秒(fs)长度的短激光脉冲所提供的极高峰值能量以及超高能量密度导致受照辐材料直接气化蒸发,无需经由融化液化过程。 该过程产生很少的熔融材料,并且收热影响区域得以最小化。每个激光脉冲产生一个小凹槽,其典型直径及深度仅有几微米。利用双光子吸收过程,透明材料如玻璃也可得到十分有效的处理。 

如今超快激光已经成为工业材料加工的标准工具。这包括各种材料的划线,切割或钻孔,例如玻璃,太阳能电池,晶圆,金属板,医疗器械或聚合物等。根据应用及待处理材料的不同,可选择使用皮秒或飞秒脉冲,重复率在100kHz到几十MHz内可选。所需的脉冲能量通常在1到100 µJ之内,工业波长标准在1 µm 左右 (以及其倍频/三倍频版本)。

为了得到以上激光参数,通常使用飞秒/皮秒光纤激光种子以及高能量固体(或光纤)放大混合组合。该组合的优点是飞秒/皮秒种子信号脉冲复杂且稳定的产生机制可与高能脉冲的产生过程分离。由于相应放大介质的吸收光谱宽度通常低于1nm,能够提供优异的波长稳定性成了除脉冲长度以及能量稳定性之外对于种子光源最主要的挑战之一。

目前,光纤种子源可覆盖1030到1070 nm之间所有波长(适用于所有主流固体放大介质),脉冲长度可达400 fs至10 ps(适用于所有主流微加工应用),同时典型重复频率可达20 - 30 MHz。