文档介绍：飞秒激光微纳加工技术
刘海宽
天津大学机械工稈学院机械工程专业2015级硕士生
摘要：飞秒激光山于其超快时间特性和超高雌值功率特性在精密微纳加工领域引起了人们广泛的重视。在
与物质的相互作用屮它能快速、准确地将能最作用在特定的区域内，从而可以获得极高的分辨率和加工粘:
度。本文简要介绍了飞秒激光微纳加工的国内外研究现状、原理、特点，以及该技术的应用领域和发展前
景。
关键词：飞秒激光微纳加工现状原理应用展望
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1916年爱因斯坦对辐射理论的分析为 激光的产生提供了理论基础，1960年美国 人Maiman博士研制成功世界上第一台红宝 石激光器。近年来，随着激光技术的不断发 展，激光器的性能也得到不断的改善，波长 实现了从远红外到X射线的全波段调谐，输 出功率已升至数下瓦，脉冲持续时间获得了 从纳秒(ns)、皮秒(ps)到飞秒(fs),甚至阿秒(as) 的压缩。激光脉宽急剧缩小，峰值功率大幅 提高，使得飞秒激光在微纳加工领域的优势 凸显无疑。飞秒激光在与物质的相互作用时, 可以实现超高分辨率，实现超高的精度，从 而达到纳米尺度的加工和制造。由于飞秒激 光加工具有的这些优势让飞秒激光成为了 应用领域的热点研究方向。
1飞秒激光微纳加工研究现状
目前国际上在飞秒激光微纳加工领域 处于领先地位的主要是欧洲、美国、口本， 尤其以徳国和美国为主。徳国汉诺威激光屮 心实验室早在1996年就利用不同的激光束 对薄钢片进行烧蚀的打孔实验，实验结果发 现利用纳秒、皮秒脉冲激光打孔的过程不稳 定，在孔的周围有液体溅射的痕迹,飞秒脉 冲加T的孔没有熔化现象，孔周围只有环形 熬汽的痕迹，加工表面平整，飞秒激光加工 的优势凸显无疑。在2003年徳国汉诺威激 光中心实验室采用150 fS的激光在厚度为1 mm的不锈钢板上进行烧蚀打孔实验，实验 结果显示飞秒烧蚀加工可以得到极好的微 加工质最。美国在飞秒激光微加丁领域的成 果也很丰硕，其屮密西根大学超快光学科技 屮心最具有代表性,该科技屮心的G. Mourou 研究小组在20世纪90年代初期就可开展 了关于飞秒激光与物质相互作用的研究。新 加坡的南洋理工大学也在该领域进行了许 多的研究，他们设计的飞秒激光肓写加工系 统，可以在不影响基底石英的前提下，可以 快速高效地在光掩模上写入复杂的形状，这 -研究进展对微电路、电子器件的发展提供 有利条件。
国内在飞秒激光和物质相互作用的研 究上，主要进行对双温方程的研究，从而为 斤续研究的开展打下理论基础。国内的科研 机构，如天津大学、北京大学、华中科技大 学、中国科技大学等开展了该领域的研究工 作。2004年，中国科技大学袁大军等人利用 双光了聚合加工在树脂材料上制作出了纳 米级的齿轮。华屮科技大学王新林等用飞秒 激光制作的微型悬臂梁。
2飞秒激光加工机理
飞秒是一个时间量级，具体讲就是千万 亿分Z-秒(10一15$)。飞秒激光是一种以 脉冲形式运转的激光，持续时间非常短，只 有几个飞秒，它比利用电了学方法所获得的 最短脉冲要短几千倍。这是飞秒激光的第一
个特点。飞秒激光的第二个特点是具有非常 高的瞬时功率，可达到百方亿乩，比全世界 发电总功率还要多出百倍。飞秒激光的第三 个特点是，它能聚焦到比头发的肓径还要小 的空间区域，使电