皮秒脈沖激光微加工技術
2012-12-20
激光器是許多微加工用途的有效工具，激光聚焦光束可以很容易地會聚到一個直徑幾微米的目標上（或者通過一只高分辨力物鏡將激光曝光的掩膜圖形“翻版”到工件上）。在目標區域內激光材料的相互作用將由多個參數加以控制，諸如波長、脈沖能量和脈沖寬度等，這些參數決定脈沖的峰值能量密度。一定的參數組合可以引起打標、切割、穿孔、退火、淬硬等操作所需要的熱效應。
受激準分子激光器發出的納秒（ns）脈沖高能UV光子（主要按掩膜圖形分布），可以在材料表面引發“無熱效應”，用來腐蝕聚碳酸酯薄層或打標。
皮秒激光器穩定可靠，而且比飛秒激光器便宜。最重要的是，皮秒激光器提供較高的平均功率(10 W)和良好的光束質量（M2 < 1.5），且頻率高達100kHz，從而減少單件成本，并使這種微加工技術具備工業應用的資格。如果一個增強的皮秒激光系統完全調整到合適的狀態，就能通過每個脈沖去除聚焦范圍內幾納米~幾十納米厚的材料，為工業過程提供極好的通過軟件驅動的3D控制能力。這使材料切除率達到1 mm3 /min左右（鋼），激光加工總成本約25美分/min。
這樣的激光器有望成為高質量的新型加工工具，用于計算機控制的加工系統中，對任何一種材料（金屬、半導體以及玻璃、鉆石、陶瓷和聚合物等絕緣體）進行穿孔、切割或表面蝕刻。
例如，2003年Lumera Laser展示了這種類型的首臺激光器Staccato，該設備以1064 nm脈沖寬度提供 10 W TEM00激光輸出，在100kHz頻率下提供脈沖寬度12 ps、脈沖能量100 μJ的激光輸出，足以使任何材料在直徑150 um左右的靶標區域內達到消融臨界點。
上述用途顯示，采用高頻皮秒脈沖進行微加工可提供高質量和高效率。12 ps以內的脈沖寬度有助于最大限度地減少熱損傷和毛刺，避免產生令人煩擾的非線性結果，而且加工后的刀刃質量和表面光潔度幾乎與飛秒加工相同。短脈沖與100 kHz高頻率相結合，使激光器能夠進行有效而無后續處理的燒蝕過程。而且，皮秒激光器有望用來直接剝離金屬覆層 — 消除ITO（Indium Tin Oxide）薄層，或對卡車發動機的活塞襯套進行激光珩磨。
來源 萬用表 http://www.gffae.cn/
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