走出实验室：飞秒激光打开微细加工应用大门

曾经是资金丰厚的研究实验室专属的飞秒激光器，如今正开始在一系列工业微细加工应用中日渐受到欢迎。根据应用或材料的不同，融合了飞秒激光器的微型加工设备为制造商提供了以更有利可图的方式加工更小、更薄部件的手段，以满足消费电子、医疗、汽车市场以及其它众多市场的需求。推动这种趋势的是越来越小、功率更强大、涵盖的波长范围更广，而价格却变得更低的飞秒激光器。

超快脉冲激光器通常脉冲长度小于1纳秒。飞秒激光器则更进一步，可以在30飞秒至800飞秒的周期内产生高品质的超快脉冲。在人类看来，这个时间究竟有多短呢？一种方法是比较激光器开启和关闭的时间。常规使用模型一般是100飞秒的激光脉冲，重复频率为100KHz。如果将100飞秒转化为1秒，相当于下一个脉冲要在3.5年后才发生！因而，这有效地将热量对材料产生影响的时间缩短到最低限度，并最大程度地延长了材料的热释放时间。

与其它类型的激光器相比，飞秒激光器具有诸多优点。其关键是热影响区域(HAZ)一般会比纳秒或皮秒激光器更小（图1）。周边区域没有热损伤的消融工艺（被称为冷消融）被指定用于加工支架，同时也被用来改善汽车和消费电子产品的强度和品质当加工用于手机、平板电脑或可穿戴设备用的硬化玻璃等脆性材料时，这一工艺可以最大限度地减少微裂纹的形成。 

图1：用飞秒激光器在不锈钢样品(a)上加工槽口。

不需要进行后续加工，因为热影响区域（HAZ）几乎可以忽略不计。

用纳秒激光器加工的样本(b)会出现较大的模糊区域，需要进行额外的加工。

飞秒激光器的另一个优势源于其所具有的高强度（超过1012W/cm2）几乎能在原子水平上分割材料。本质上，这会形成微等离子体，而材料也在由此产生的扩张作用下被去除。结果是产生的碎屑很少，有利于高纵横比深孔钻削加工等应用。 

超薄及难加工材料的加工

具有各种形状和尺寸的现代显示器采用薄玻璃板、薄膜、铝箔来打造显示器的结构，同时还包括偏光镜、彩色滤光片、防护玻璃罩和触摸屏。激光器提供了通过可重复、无接触的加工手段来加速工艺流程以及提高生产率的方式。同时，激光器的运用还使得新产品能够接轨超薄玻璃、保形切割或全新材料组合等多种新趋势。