提到飛秒激光，很多人會想到飛秒激光近視手術。

飛秒激光是人類目前在實驗室條件下所能獲得的最短脈沖的技術手段。由于其超短脈沖、瞬間高功率、超細微空間精確的聚焦定位等特點，廣泛應用于人體病變的早期診斷、醫(yī)學成像、外科手術、生物活體檢測、超小型衛(wèi)星、超精細加工、高密度信息記錄和儲存。在物理學、生物學、化學控制反應、光通訊、醫(yī)學等領域都有不可替代的作用。

飛秒激光微加工是當今世界激光、光電行業(yè)中極為引人注目的前沿研究方向。本期，光博士帶你了解飛秒激光與其他激光加工有何不同。

　　“飛秒”是多少秒

激光加工過程中需要考慮激光的波長、能量(或功率)、脈寬、頻譜、脈沖頻率、偏振、相位等因素，同時還要考慮聚焦系統(tǒng)以及掃描速度和方向，被加工對象物質的組成、結構和形態(tài)，甚至是物質所處的環(huán)境條件如溫度和氣氛。

脈寬是其中一個非常重要的具有普遍影響的激光參數(shù)。飛秒激光是指脈寬為1-1000 fs(1 fs=1s的1/1000萬億))的激光，其他激光是指脈寬大于1000 fs(1 ps)的脈沖激光或連續(xù)激光。

因此，飛秒激光可以在組織內精確聚焦到比頭發(fā)絲直徑更小的空間區(qū)域,產(chǎn)生微爆破效應，進行精細的切割加工。

圖/納秒與飛秒加工的比較示意

　飛秒激光特性良好

飛秒激光可以將其能量全部、快速、準確地集中在限定的作用區(qū)域，實現(xiàn)對玻璃、陶瓷、半導體、塑料、聚合物、樹脂等材料的微納尺寸加工，具有其它激光加工無法比擬的優(yōu)勢——

①耗能低，無熱熔區(qū)，"冷"加工;

②可加工的材料廣泛：從金屬到非金屬再到生物細胞組織，甚至是細胞內的線粒體;

③高精度、高質量、高分辨率，加工區(qū)域可小于焦斑尺寸，突破衍射極限;

④對環(huán)境沒有特殊要求，無污染。

圖/納秒與皮秒、飛秒在相同實驗平臺上切割材料的效果比較

飛秒激光在三大主要領域的應用

作為一種獨特的科學研究工具與手段，飛秒激光的應用可以大體上概括為三大主要方面，即飛秒激光在超快領域內的應用、在超強領域內的應用和在超微細精密加工中的應用。

(1)飛秒激光在超快現(xiàn)象研究領域中所起到的是一種快速過程診斷的作用。飛秒激光尤如一個極為精細的時鐘和一架超高速的“相機”，可以將自然界中特別是原子、分子水平上的一些快速過程分析并記錄下來。在這一領域，飛秒激光為我們開了一扇新的大門，讓我們得以窺見更加細微的自然世界。

(2)飛秒激光在超強領域中的應用歸因于具有一定能量的飛秒脈沖的峰值功率和光強可以非常之高。這樣的強光所對應的電磁場會遠大于原子中的庫侖場，從而很容易地將原子中的電子統(tǒng)統(tǒng)剝落出去。因此，飛秒激光是研究原子，分子體系高階非線性、多光子過程的重要工具。與飛秒激光相應的能量密度只有在核爆炸中才可能存在。飛秒強光可以用來產(chǎn)生相干X射線和其它極短波長的光，可以用于受控核聚變的研究。

(3)隨著集成電路規(guī)模的日益增大，電子元器件在尺寸上變得越來越小，這方面的需求為超微細加工技術提供發(fā)揮空間。飛秒激光用于超微細加工是飛秒激光用于超快現(xiàn)象研究和超強現(xiàn)象研究之外的又一個飛秒激光技術的重要的應用研究領域，對某些關鍵工業(yè)生產(chǎn)技術的發(fā)展可以起到更直接的推動作用。

目前，世界各國學者在飛秒激光與材料相互作用機理研究方面已取得重大的進展，促進多學科的融合，推動著飛秒激光微納加工技術向著低成本、高可靠性、多用途、產(chǎn)業(yè)化的方向發(fā)展。飛秒激光微加工技術將在超高速光通訊、強場科學、納米科學、生物醫(yī)學等領域具有廣泛的應用和潛在的市場前景。

　光博會帶你全面認識飛秒激光

第十一屆光電子·中國博覽會作為北方最大最專業(yè)光電領域展覽會，展覽總面積30000㎡，參展商600余家，是國內唯一光電子及交叉應用行業(yè)科技類展會，將特別舉辦“激光智能制造主題展”。全面展示從實驗室研究到工廠應用的激光生產(chǎn)與加工系統(tǒng)，包括激光材料加工系統(tǒng)，激光加工系統(tǒng)組件，激光配套產(chǎn)品設計與系統(tǒng)開發(fā)，其他激光應用系統(tǒng)，系統(tǒng)整合等類別，重點關注激光鈑金加工，非金屬加工，精細加工，行業(yè)解決方案及特種應用等。

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