皮秒飛秒超快激光的應用

超快激光是指激光脈沖時間寬度在飛秒或皮秒量級的激光，依靠自身極高的峰值功率，瞬間氣化材料。相比納秒激光或連續激光，熱效應微乎其微，加工邊緣整齊，非常適用于手機玻璃屏幕,藍寶石，金剛石超導材料等產品的切割與加工應用！

金剛石譽為材料之王當之無愧，它的硬度可想而知，那么對于金剛石的加工設備就提出了更高的要求，金剛石也是超導材料之最，在高端產品中它的作用不是用金錢可以衡量的，超快激光在對于金剛石切割減薄方面有著不可代替的作用，尤其以金剛石超導材料為準，在厚度1MM 焊點接口20UM的超細端口切割成型方面只有超快激光可以完成，尤其以超快皮秒紫外激光在冷光源加工同時無熱影響，無碳化保證材料本身功能不損壞，細小的光斑保證切割邊緣整齊圓滑。

用超短脈沖激光實現冷消融、冷切割和冷鉆孔，是二十多年來人們一直期望能夠在工業應用中實現的一個愿景。在過去十年間進行的一些早期實驗中，人們用鈦藍寶石放大器產生超快激光，這些實驗已經證明了超短激光脈沖在精密機械加工領域所擁有的巨大潛能。但是對于精密機械加工而言，到底多短的脈沖才能滿足精密加工的要求呢？當激光脈沖作用到材料上時會發生怎樣的反應？對脈沖與材料的作用時間范圍有何要求？

以金屬對激光脈沖的吸收為例，其從根本上說是能量從激光脈沖轉移到金屬材料的電子的一個能量轉移過程。對于持續時間為納秒級的脈沖而言，電子與所處晶格之間會發生一個溫度平衡過程，并且最終開始融化材料，直到部分蒸發。

在這個過程中，脈沖越短，能量轉移到電子的速度越快。在理想條件下，如果脈沖足夠短，那么在電子與晶格之間便沒有足夠的時間產生溫度平衡。接下來，“熱電子”（相對于冷晶格而言）有兩種方式與晶格作用：在一個特征時間后，來自電子的熱量開始向周圍的晶格擴散。這種電子-聲子弛豫時間是物質的一種屬性，其典型值為1~10ps。在大致相同的時間范圍內，但稍有些延遲，熱電子和晶格之間發生了突然的能量轉移，從而導致相位爆炸，即激活體的蒸發。

從上述解釋可以得出以下兩個基本結論:

1、激光脈沖的持續時間必須足夠短，以防止電子與晶格之間發生溫度平衡過程。對于金屬和大多數其他材料而言，均要求脈沖持續時間在1~10ps之間甚至更短。

2、由于在熱擴散和消融之間有一個時間延遲，因此始終會存有殘余熱量，即使是在脈沖最短的情況下。

因此，冷加工必須定義為在最小的熱擴散情況下進行加工，這就要求脈沖持續時間在1~10ps之間甚至更短。雖然皮秒/飛秒激光脈沖較短的持續時間是冷加工的一個必要條件，單是光有足夠短的脈沖還遠遠不夠。如果熱電子因為過高的激光能量密度而被“過度加熱”，那么熱擴散效應將較為明顯，整個加工過程則會轉變為熱過程。一般來講，大約1J/cm2的能量密度，是用皮秒/飛秒激光脈沖進行消融加工，而不會產生能夠測量得到的熱效應的最佳能量臨界點，即此時具有最佳的低熱穿透深度。

新特光電代理的FEMTO系列激光器是一款強大的工業應用的飛秒激光器，輸出功率高達30W，脈沖能量達160uJ以上，非常適合高精密高質量的微加工應用。脈沖可達800 fs（典型值為600fs）,其重復頻率可調范圍從100 kHz 到1MHz。該靈活特性使FEMTO激光器可以滿足工業上高性能和高能量的應用要求。