皮秒脉冲激光微加工技术
2012-12-20
激光器是许多微加工用途的有效工具，激光聚焦光束可以很容易地会聚到一个直径几微米的目标上（或者通过一只高分辨力物镜将激光曝光的掩膜图形“翻版”到工件上）。在目标区域内激光材料的相互作用将由多个参数加以控制，诸如波长、脉冲能量和脉冲宽度等，这些参数决定脉冲的峰值能量密度。一定的参数组合可以引起打标、切割、穿孔、退火、淬硬等操作所需要的热效应。
受激准分子激光器发出的纳秒（ns）脉冲高能UV光子（主要按掩膜图形分布），可以在材料表面引发“无热效应”，用来腐蚀聚碳酸酯薄层或打标。
皮秒激光器稳定可靠，而且比飞秒激光器便宜。最重要的是，皮秒激光器提供较高的平均功率(10 W)和良好的光束质量（M2 < 1.5），且频率高达100kHz，从而减少单件成本，并使这种微加工技术具备工业应用的资格。如果一个增强的皮秒激光系统完全调整到合适的状态，就能通过每个脉冲去除聚焦范围内几纳米~几十纳米厚的材料，为工业过程提供极好的通过软件驱动的3D控制能力。这使材料切除率达到1 mm3 /min左右（钢），激光加工总成本约25美分/min。
这样的激光器有望成为高质量的新型加工工具，用于计算机控制的加工系统中，对任何一种材料（金属、半导体以及玻璃、钻石、陶瓷和聚合物等绝缘体）进行穿孔、切割或表面蚀刻。
例如，2003年Lumera Laser展示了这种类型的首台激光器Staccato，该设备以1064 nm脉冲宽度提供 10 W TEM00激光输出，在100kHz频率下提供脉冲宽度12 ps、脉冲能量100 μJ的激光输出，足以使任何材料在直径150 um左右的靶标区域内达到消融临界点。
上述用途显示，采用高频皮秒脉冲进行微加工可提供高质量和高效率。12 ps以内的脉冲宽度有助于最大限度地减少热损伤和毛刺，避免产生令人烦扰的非线性结果，而且加工后的刀刃质量和表面光洁度几乎与飞秒加工相同。短脉冲与100 kHz高频率相结合，使激光器能够进行有效而无后续处理的烧蚀过程。而且，皮秒激光器有望用来直接剥离金属覆层 — 消除ITO（Indium Tin Oxide）薄层，或对卡车发动机的活塞衬套进行激光珩磨。
来源 万用表 http://www.hncsw.net/
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