飛秒激光加工通過緊聚焦超短脈沖激光來獲得具有超高能量密度的焦點，能輕松突破衍射極限，實現(xiàn)超高精度復雜結(jié)構(gòu)的微納加工，并因其“冷加工”的性能特點極大的拓寬了可加工材料范圍。

與其它加工方法相比，飛秒激光加工技術(shù)制備得到的微結(jié)構(gòu)尺寸小、制備效率高而且可以大面積制備、重復性好，并具有熱影響區(qū)小、可加工材料范圍廣、真三維成型、高空間分辨率等優(yōu)點。

熱影響區(qū)小

飛秒激光加工最顯著特征就是熱影響區(qū)極小。對于長脈沖激光而言，即使將光斑聚焦到微米量級，在加工過程中也會對材料產(chǎn)生強烈的熱效應。飛秒激光的脈沖寬度僅為數(shù)十至數(shù)百飛秒，與材料的相互作用時間非常短。它可以快速準確地將能量沉積到材料中，而不受能量擴散的影響，因此大大提高了加工精度。

可加工材料范圍廣

由于飛秒激光超高的功率密度和峰值功率已遠遠超過了任何材料的光學激發(fā)閾值，因此，理論上飛秒激光可以對所有材料進行加工(例如半導體材料、介電材料和金屬材料等)。

真三維成型

飛秒激光與透明材料的相互作用主要集中在激光焦點處，因此若想在極小區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)三維加工，就必須控制飛秒激光的峰值強度剛剛高于材料的燒蝕閾值。此外可以通過調(diào)節(jié)飛秒激光的波長來實現(xiàn)材料表面和內(nèi)部的加工。對透明材料加工時，由于處于紫外波段的激光對材料不透明，因此容易控制激光在材料的表面加工；而處于紅外波段的激光對材料透明，因此能夠?qū)崿F(xiàn)材料內(nèi)部的三維加工。通常需要結(jié)合三維運動平臺和高倍NA物鏡，將激光進行定位并聚焦到材料內(nèi)部，來實現(xiàn)超精細三維加工。

高空間分辨率

飛秒與納秒脈沖相比熱效應顯著降低，若將燒蝕限制在發(fā)生非線性吸收機制的極小區(qū)域內(nèi)，則可以獲得超高分辨率。由于吸收僅在非常高的強度下發(fā)生，因此飛秒激光脈沖可能會聚焦在透明材料(例如玻璃、聚合物和生物組織)內(nèi)部，從而產(chǎn)生任意的三維微結(jié)構(gòu)。聚焦的激光脈沖與透明材料的相互作用將引起材料性質(zhì)的變化，包括光學折射率、密度和楊氏模量到成分分布和化學穩(wěn)定性。更重要的是，由于材料的改性與飛秒激光脈沖的峰值強度以及激光的峰值強度有關，因此飛秒激光直寫法的空間選擇性修改提供了比衍射極限更高的空間分辨率。又由于超短脈沖持續(xù)時間抑制了熱擴散，這使得飛秒激光直寫法提供了很高的空間分辨率，可通過雙光子聚合在玻璃或晶體的內(nèi)部構(gòu)建精細的3D結(jié)構(gòu)。

激光加工技術(shù)已經(jīng)非常普及，隨著激光技術(shù)和激光應用領域的發(fā)展和需求，更高精密度的激光微納加工技術(shù)已經(jīng)應運而生。

轉(zhuǎn)自：光電資訊

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