超快激光如何界定?超快激光钻孔和其他钻孔方式相比有何优点

如题所述

超快激光是指激光的脉冲被压缩到很短,可以理解成单次出光时间很短很快,借助重要的脉冲调Q,锁模和压缩技术,超快过程经历并实现了纳秒(1ns=10-9s)、皮秒(1ps=10-12s)、飞秒(1fs=10-15s)和
阿秒(1as=10-18s)的发展过程。当采用太瓦(1012w)的激光激发时,可实现了亚阿秒(10-19s)的超短脉冲输出。理论上已经证明,如果
用拍瓦(1015w)的激光激发时,能够产生仄秒(zeptosecond,10-21s)和亚仄秒(subzeptosecond,10-22s)的激
光脉冲。
超快激光钻孔精度比普通激光钻孔精度高的多,超快激光器的成功之处在于其能将光能集中到皮秒至飞秒的时间间隔内,并将光聚焦到小空间上。这种聚焦为"在不破坏底层区域的情况下,从材料表面快速、清洁地烧蚀材料"提供了所需要的高光强。当脉冲能量以短于约100ps的时间尺度传输时,根据材料的不同情况会发生显著变化。随着脉冲峰值功率的增加,峰值强度急剧上升。例如,持续1ps
的微焦级脉冲的峰值功率为1MW,当它聚焦为5μm的光斑时,可产生约4×1012W/cm2的峰值强度,这足以剥离外层电子。激光与材料相互作用的时间
是如此之短,以至于离子在能够将能量传导到底层材料之前,就已经从材料表面被烧蚀掉了。与光强较低的情况相比,在这种烧蚀模式下,能量传导受材料吸收的影
响较小,但是也会受到材料种类和激光波长的影响。例如,紫外脉冲比近红外脉冲更适合切割玻璃之类的透明材料,而近红外脉冲在玻璃中的传输性能更好。这种加工通常也被称为"冷烧蚀"。虽然材料表面在片刻间就变得非常热,但是离子在其加热或损伤底层材料之前就已经被烧蚀掉了。一般而言,由于皮秒脉冲的能量通常更高,因此皮秒烧蚀的速度更快;相比之下,飞秒烧蚀往往会产生更平滑、更精密的加工表面。实际加工性能取决于脉冲参数、
目标材料以及其他方面的考虑。由于烧蚀是将一团材料爆散到光路中,因此重复频率是很重要的因素。对于兆赫兹的重复频率,可能在下一个脉冲发射之前,上一个
脉冲产生的材料还没有足够的时间消散。千赫兹的重复频率有足够的时间让材料消散,所以对精密去除材料可能更加有效。
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