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超快激光在精细加工领域的应用_lol下注首页
时间:2021-04-29 来源:lol下注首页 浏览量 23503 次

1.第一章自从1960年第一台红宝石激光器问世以来,人们对激光技术的探索从未失败过。由于其良好的特性,更为人们所熟知,更容易被发现和应用,尤其是在高新技术易发的工业领域。

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可以说,在人类社会发展的现阶段,工业市场需求是社会发展的最强动力。激光应用于工业加工已经有20多年的历史,激光在工业领域的应用深度和广度已经超过了前所未有的阶段。2.激光加工行业的发展第一台激光器刚开始的时候,功率低,整个系统体积小,不能应用于工业加工。

在随后的几十年里,随着激光技术的发展,新的激光介质的频繁出现,激光技术瓶颈的突破,激光在深度和广度上都发生了相当大的变化。激光在工业中有许多应用,如激光印刷、光盘、标记、雕刻、焊接、切割、纹理化、电阻调节、沉积等。潜力巨大。

自20世纪80年代以来,激光加工工业的发展深入经历了三个阶段:第一阶段是纳秒激光的应用。调Q技术获得的纳秒脉冲峰值功率远高于平均功率,因此需要构建一个互易激光无法超越的高瞬时功率密度,从而瞬间达到材料破坏阈值,构建光刻效果。第二阶段是本世纪初。

半导体饱和吸收镜使皮秒激光技术迅速发展并迅速应用于工业。皮秒激光仍然是染料锁模,但染料必须回收,往往更容易去除,影响锁模的稳定性。SESAM不仅需要更换染料来展开模式锁定,还需要建立自启动。

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在这种背景下,大量商用皮秒激光器应运而生。因为是纳秒激光,皮秒激光的脉宽更短,峰值功率更高,所以需要搭建更细致的处理效果。

因此,一时间,精细加工成了热门话题。不过确实精细加工是建立在飞秒激光下的,这也是我们说的第三阶段。我们先来看激光与液体的相互作用机制:(1)激光首先唤起液体的电子,在100飞秒内,电子吸收光子的能量,光子达到低能级;(2)由于电子的温度高于晶格的温度,所以处于非平衡状态。

为了超过平衡,电子在1皮秒内不会向晶格转移能量;(3)在10皮秒内,能量会逐渐转移到材料内部。所以对于10皮秒左右的皮秒激光加工,材料有足够的时间将热量传递到其内部,然后再进行光刻,从本质上无法防止热效应。对于飞秒激光来说,脉冲开始时间实际上长于1皮秒,电子没有足够的时间将能量转移到晶格上。

因此,很多等离子体在材料表面分解,能量表明材料被移除和削弱,因此经常出现令人反感的光刻效果。即,当激光脉冲长度大于晶格的加热时间时,激光时间不依赖于激光脉冲长度。

从以上三个阶段可以看出,激光加工和激光的发展基本上是实时的,一个新的技术突破可能会步入激光工业应用的进程,当然不会带来新的疑惑:第一,既然皮秒激光不能完全避免加工过程中的热效应,那么对于精细加工来说是没有意义的,还是已经失去了不存在的价值和必要性?当然不是。皮秒激光虽然不能构造详细的冷加工,但它比飞秒激光更便宜,结构更简单,功率更高。所以,如何充分利用这种不同于脉冲技术的过度产品,是我们的一点思考。

目前一种小的掺混方法是将皮秒激光扩散三次,用紫外光“光刻”材料。高能光子必须通过“冷冻”处理破坏材料的化学键,从而增加加工的热效应,构建“冷冻”加工。目前,该系统在处理透明材料方面的优势较少。有许多这样的激光器,例如来自光子工业的15ps 355nm纳米激光器。

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其次,需要为非热光刻制造飞秒激光器。是不是脉冲宽度越高,处理越细致?本质上,光刻效果与六个主要因素有关:平均功率、脉冲长度、波长、序列长度、单脉冲能量和频率。一般来说,脉冲宽度越高,越难获得低平均功率。

因此,在这方面,较短的脉冲是以牺牲平均功率为代价的。另外,脉冲宽度越宽,序列长度就会越小,所以色差不会影响处理效果。

其次是波长的影响。对于一般材料,波长对光刻影响不大,只在加工半透明材料(如二氧化硅)时才需要考虑。如前所述,半透明材料讨厌吸收紫外光,但对可见光和红外光具有高利用亲和力。

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所以一般来说是用超快激光的三频光进行加工。对于几十飞秒的激光,光谱宽度超过20纳米甚至50纳米,所以三倍频效率很低。但是皮秒激光可以得到三倍以上的频率输入。

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