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隨著(zhu)激光(guang)(guang)技術的(de)(de)(de)發展，季(ji)期間(jian)想著(zhu)超(chao)(chao)短脈(mo)(mo)沖(chong)、超(chao)(chao)強高度、超(chao)(chao)短波(bo)長的(de)(de)(de)方(fang)(fang)向邁進，這(zhe)給激光(guang)(guang)材(cai)料加(jia)工(gong)帶來了革命性的(de)(de)(de)進步。近年來超(chao)(chao)短脈(mo)(mo)沖(chong)精密(mi)加(jia)工(gong)越來越得到人們(men)的(de)(de)(de)關注(zhu)。這(zhe)主要(yao)體現(xian)在(zai)超(chao)(chao)短脈(mo)(mo)沖(chong)激光(guang)(guang)加(jia)工(gong)可(ke)以(yi)得到高于(yu)長脈(mo)(mo)沖(chong)激光(guang)(guang)加(jia)工(gong)的(de)(de)(de)精度，最(zui)高可(ke)以(yi)達到亞微米甚至納米級別(bie)。另(ling)外(wai)超(chao)(chao)短脈(mo)(mo)沖(chong)激光(guang)(guang)除了可(ke)以(yi)進行材(cai)料表(biao)面的(de)(de)(de)加(jia)工(gong)，還能夠實(shi)現(xian)對(dui)透(tou)明材(cai)料內部的(de)(de)(de)加(jia)工(gong)與改(gai)性。適用于(yu)其(qi)他加(jia)工(gong)方(fang)(fang)法無(wu)法實(shi)現(xian)的(de)(de)(de)高精度、復雜形狀(zhuang)元器件(jian)的(de)(de)(de)加(jia)工(gong)，實(shi)現(xian)真三維、可(ke)設計、可(ke)集(ji)成。超(chao)(chao)短脈(mo)(mo)沖(chong)激光(guang)(guang)的(de)(de)(de)瞬(shun)間(jian)功率(lv)極大，可(ke)以(yi)喝(he)幾乎任何材(cai)料相互作(zuo)用，因而(er)可(ke)用于(yu)激光(guang)(guang)加(jia)工(gong)的(de)(de)(de)材(cai)料幾乎不受(shou)限(xian)制(zhi)。對(dui)于(yu)超(chao)(chao)硬(ying)、易碎、高熔點(dian)、易爆炸等材(cai)料的(de)(de)(de)加(jia)工(gong)，更具有其(qi)他方(fang)(fang)法無(wu)法匹配(pei)的(de)(de)(de)優勢(shi)。

這里的超短脈(mo)沖(chong)激光(guang)微細加工技術指(zhi)的是利用超短脈(mo)沖(chong)激光(guang)（脈(mo)沖(chong)寬度在皮秒至飛秒量級，10^-12~10^-15s）對材(cai)料的(de)顯(xian)微(wei)(wei)加工、精(jing)密裁切(qie)以及微(wei)(wei)觀(guan)改(gai)性。這里的(de)3個屬于(yu)定義(yi)如下：顯微加工指的是(shi)對樣品材料(liao)的精密(mi)去(qu)除；精密(mi)裁(cai)切(qie)值得(de)是(shi)利(li)用(yong)激光(guang)(guang)將(jiang)樣品材料(liao)裁(cai)切(qie)成微納尺度的特征形狀；微觀(guan)改(gai)性指的是(shi)利(li)用(yong)激光(guang)(guang)改(gai)變樣品材料(liao)特定微觀(guan)區域的物理化學性能。這3個屬于既相互獨立(li)又(you)緊密(mi)相連，有時在微觀(guan)改性的同時也伴(ban)隨著樣(yang)品材(cai)料的精密(mi)去除，而顯微加工(gong)是精密(mi)裁切(qie)的基礎。我們把上述術語統稱為超短(duan)脈沖激光微納加工(gong)。

超短脈沖(chong)激(ji)光微納加工分類

從材料的性(xing)能變(bian)化(hua)(hua)來說(shuo)，超短(duan)脈沖激(ji)光微納加工可(ke)以(yi)分為表面(mian)形貌(mao)、折(zhe)射率(lv)、離子價態、相態、缺陷態、晶(jing)態、化(hua)(hua)學鍵以(yi)及能帶(dai)結構等(deng)的修飾與(yu)調控。在(zai)超短(duan)脈沖激(ji)光加工過程中，有(you)時(shi)是單一(yi)的性(xing)能銹蝕，有(you)時(shi)是多項(xiang)性(xing)能的修飾同(tong)時(shi)發(fa)生。舉例說(shuo)明。

圖1為超短(duan)脈沖激光誘導的6中材(cai)料(liao)性能轉變。（a）為在(zai)金屬表(biao)面形成的(de)亞(ya)波(bo)長周期結構(gou)。其周期從入(ru)射激光波(bo)長尺度到入(ru)射波(bo)長的(de)1/10，為制(zhi)備納米尺(chi)度周期結構提供(gong)了一種全新的(de)途徑。（b）為波(bo)導(dao)(dao)結構。超短(duan)脈沖激(ji)光(guang)可以在(zai)透明材料(liao)內部誘導(dao)(dao)折射(she)(she)率改變(bian)，寫入二維(wei)、三維(wei)的波(bo)導(dao)(dao)結構及器(qi)件，如分(fen)束器(qi)、衍射(she)(she)光(guang)柵、整列波(bo)導(dao)(dao)光(guang)柵、波(bo)導(dao)(dao)激(ji)光(guang)器(qi)等。（c）為(wei)在(zai)晶體內部的誘導的缺陷結構，即(ji)色心(xin)。在(zai)諸如(ru)半導體、發光信息存儲(chu)、色心(xin)激(ji)光等技術領域有著廣發的應用。（d）為(wei)離(li)子價(jia)態變化。在金屬離(li)子或稀土離(li)子摻(chan)(chan)雜的玻璃內部，是的摻(chan)(chan)雜離(li)子的價(jia)態發生改變，誘導出具有特殊功能(neng)的符合(he)材(cai)料，實現(xian)特定的線(xian)性(xing)(xing)、非線(xian)性(xing)(xing)光(guang)學性(xing)(xing)能(neng)。（e）為靜態變化。超(chao)短脈沖激(ji)(ji)光(guang)的(de)(de)輻(fu)(fu)照非(fei)晶(jing)(jing)(jing)態的(de)(de)玻璃(li)材料可以在輻(fu)(fu)照區(qu)域(yu)析(xi)出晶(jing)(jing)(jing)體(ti)相(xiang)，或(huo)者超(chao)短脈沖激(ji)(ji)光(guang)輻(fu)(fu)照晶(jing)(jing)(jing)體(ti)材料，在激(ji)(ji)光(guang)輻(fu)(fu)照區(qu)域(yu)可以從一種晶(jing)(jing)(jing)態向另(ling)一種晶(jing)(jing)(jing)態轉化，為制備不同晶(jing)(jing)(jing)態的(de)(de)集成器件提供新途徑。（f）為半導體帶隙變化。通過超短脈沖激光半導體硅，改變其能(neng)帶結(jie)構。經處理的(de)硅具(ju)(ju)有(you)吸(xi)收光譜寬(kuan)以及光譜響應(ying)速(su)度快的(de)特點，在太(tai)陽能(neng)電池以及光電探測(ce)器方(fang)面具(ju)(ju)有(you)極(ji)大的(de)應(ying)用(yong)前景。

圖1超短脈沖激光微(wei)納加工距離

超(chao)短脈沖激光(guang)微納加(jia)工(gong)應用(yong)領域

中央“十(shi)二五”規劃提(ti)出了加快培(pei)育和(he)發展戰略性新(xin)興(xing)(xing)產(chan)(chan)業(ye)的(de)建議(yi)，大(da)(da)力發展節(jie)能(neng)環(huan)保、新(xin)興(xing)(xing)新(xin)興(xing)(xing)產(chan)(chan)業(ye)、生物產(chan)(chan)業(ye)、新(xin)能(neng)源、新(xin)能(neng)源汽車、高(gao)端裝備制造(zao)業(ye)和(he)七大(da)(da)戰略性新(xin)興(xing)(xing)產(chan)(chan)業(ye)。這為激(ji)光現金制造(zao)技術提(ti)供了前所未(wei)有的(de)發展機遇。在這七大(da)(da)斬(zhan)六(liu)新(xin)興(xing)(xing)產(chan)(chan)業(ye)中，超短脈沖(chong)激(ji)光微納加工都能(neng)發揮用武之地(di)而且是某(mou)些環(huan)節(jie)的(de)必(bi)須(xu)技術。

圖2超短脈沖激光微納(na)加工(gong)應用領域

目前，超(chao)短脈(mo)沖激光(guang)微納加工主要應用在如圖(tu)2所(suo)示的領域。這(zhe)里舉例幾個(ge)應(ying)用實例：（1）太陽(yang)能電(dian)(dian)池(chi)(chi)（包括晶硅(gui)以(yi)及薄膜電(dian)(dian)池(chi)(chi)）的鉆(zhan)孔、刻線、劃槽以(yi)及表面(mian)紋理(li)化，通過超短脈沖激(ji)光埋柵刻槽及摻雜處(chu)理(li)后，電(dian)(dian)池(chi)(chi)的光電(dian)(dian)轉換效率有(you)望得到2%左右(you)的提升；（2）計算機、手機、電視等CSTN、TP、LCD液晶(jing)顯(xian)示(shi)模(mo)塊中的超薄玻璃基板(ban)的劃線(xian)分割(ge)。傳(chuan)統方法(fa)采用金(jin)剛(gang)石切割(ge)，成品率(lv)低，刀具壽(shou)命短(duan)。超短(duan)脈(mo)沖激(ji)光的非(fei)接觸肺熱加(jia)工模(mo)式則可(ke)以克(ke)服上述缺點，是取代(dai)傳(chuan)統金(jin)剛(gang)石切割(ge)，進行產業(ye)更新換代(dai)的理想技術；（3）醫(yi)療行業。目前常用于制作血(xue)管(guan)支(zhi)架(jia)的(de)(de)(de)材料有金(jin)屬(shu)鉭、醫(yi)用不(bu)銹(xiu)鋼及鎳鈦合金(jin)等(deng)。金(jin)屬(shu)支(zhi)架(jia)在進(jin)入臨床治療后取(qu)得了令人(ren)矚目的(de)(de)(de)療效，但近年也逐漸暴(bao)露(lu)出一些不(bu)足和(he)弊病，如易至(zhi)血(xue)栓形成，再(zai)狹(xia)窄率高，造成血(xue)管(guan)壁損傷(shang)以(yi)及永久保留體內等(deng)。針(zhen)對以(yi)上不(bu)足，可(ke)降解(jie)生物(wu)材料的(de)(de)(de)血(xue)管(guan)支(zhi)架(jia)成為研究的(de)(de)(de)熱點(dian)，對可(ke)降解(jie)材料的(de)(de)(de)加(jia)(jia)工(gong)是決定該類支(zhi)架(jia)材料應(ying)用的(de)(de)(de)關鍵問題。為了保證加(jia)(jia)工(gong)后的(de)(de)(de)材料性能不(bu)便(bian)，對加(jia)(jia)工(gong)技術提出了更高的(de)(de)(de)要求。超短脈(mo)沖激光(guang)微納加(jia)(jia)工(gong)可(ke)降解(jie)生物(wu)材料具有獨到的(de)(de)(de)優勢(shi)；（4）精密(mi)機械(xie)、醫(yi)療、光學(xue)元器件(jian)加(jia)(jia)工。適用于一些(xie)機械(xie)加(jia)(jia)工方法無(wu)法實現的高精度、復雜形狀元器件(jian)的加(jia)(jia)工，如(ru)發動機噴嘴、打拿極、太赫茲光源偏正片等；（5）透明材(cai)料(liao)內部的(de)維納(na)改性(xing)。對玻璃、晶(jing)體、高分子材(cai)料(liao)內部實現微納(na)改性(xing)，賦予改性(xing)區域新(xin)的(de)功(gong)能。適(shi)用于(yu)制備波導類(lei)光子學微器件、三維立體顯示、三維工藝品等；（6）微電子學。薄膜(mo)的局部沉積及去除，即激光(guang)(guang)修整、激光(guang)(guang)光(guang)(guang)刻、激光(guang)(guang)微機(ji)械加工(gong)，以(yi)及局部摻(chan)雜(za)等。圖3進一步闡(chan)述了(le)圖2中超短脈(mo)沖激光的應用領域。

（a）為晶(jing)硅(gui)太陽能(neng)電池(chi)的埋(mai)柵刻(ke)槽與激光摻(chan)雜；（b）為激光刻劃有(you)機薄膜太陽能電池；（c）為超短脈沖激(ji)光(guang)對(dui)聚合(he)物材料進行雙光(guang)子聚合(he)制(zhi)備微(wei)光(guang)機電(dian)器件；（d）為飛秒激光(guang)輔助眼科(ke)手術；（e）為皮秒激光刻蝕柔性印刷電路板的聚合物導電層；（f）為皮秒激光(guang)隱性切(qie)割LED襯底材料。

圖3 超短脈沖激光微細加工應用領域舉例

超短脈沖(chong)激光(guang)微(wei)納加工市場展望

相對于傳統(tong)的激光打標、激光焊接(jie)、激光切割(ge)等，超短賣場(chang)激光精密微細(xi)加(jia)工還屬(shu)于新(xin)興的試產，美國Raydiance公(gong)司預測在10年(nian)內，超短脈(mo)沖激光技術將(jiang)擁有超過1000億美元的市場，其中(zhong)醫學和聲明科學占50%、材(cai)料開發(fa)和制(zhi)造行業占25%。也就是說在材料(liao)加工、制造(zao)行業，未來10年內超(chao)(chao)短(duan)短(duan)脈沖激(ji)光技術(shu)在全球將(jiang)會有超(chao)(chao)過250億(yi)美元的市場。

隨著超短脈沖(chong)激光(guang)器件(jian)趨向更為(wei)成熟的工(gong)業(ye)應用，超短脈沖(chong)激光(guang)微納(na)加工(gong)技(ji)術將開拓更為(wei)廣闊的應用領域(yu)，成為(wei)諸多行(xing)業(ye)不可(ke)或缺(que)的利器，為(wei)科(ke)技(ji)造(zao)福、為(wei)社會創(chuang)造(zao)更美好的明天。

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