飛秒激光器的應(yīng)用

近幾年來(lái)，隨著人們對(duì)生活質(zhì)量要求的提高，國(guó)內(nèi)的消費(fèi)類電子，清潔能源，新能源汽車(chē)，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(lái)越多的體現(xiàn)。

超快超強(qiáng)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(dú)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(qiáng)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用和在超微細(xì)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(guò)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(guò)程診斷的作用。飛秒激光尤如一個(gè)極為精細(xì)的時(shí)鐘和一架超高速的“相機(jī)”，可以將自然界中特別是原子、分子水平上的一些快速過(guò)程分析并記錄下來(lái)。在這一領(lǐng)域，飛秒激光為我們開(kāi)了一扇新的大門(mén)，讓我們得以窺見(jiàn)更加細(xì)微的自然世界。

（2）飛秒激光在超強(qiáng)領(lǐng)域中的應(yīng)用（又稱為強(qiáng)場(chǎng)物理）歸因于具有一定能量的飛秒脈沖的峰值功率和光強(qiáng)可以非常之高。這樣的強(qiáng)光所對(duì)應(yīng)的電磁場(chǎng)會(huì)遠(yuǎn)大于原子中的庫(kù)侖場(chǎng)，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(guò)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(qiáng)光可以用來(lái)產(chǎn)生相干X射線和其它極短波長(zhǎng)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(lái)越小，這方面的需求為超微細(xì)加工技術(shù)提供發(fā)揮空間。飛秒激光用于超微細(xì)加工是飛秒激光用于超快現(xiàn)象研究和超強(qiáng)現(xiàn)象研究之外的又一個(gè)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(chǎng)需求而開(kāi)始逐步發(fā)展起來(lái)的，目前已經(jīng)取得了不少重要的進(jìn)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(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。這使得飛秒超快和飛秒超強(qiáng)研究有所不同的是飛秒激光超微細(xì)加工與先進(jìn)的制造技術(shù)緊密相關(guān)，對(duì)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(dòng)作用。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)。