光纤飞秒激光加工技术及应用

以脉冲形式工作的飞秒激光，具有脉冲持续时间极短、脉冲瞬时功率极高和聚焦电磁场场强极强等特点。

飞秒激光作用到被加工物质上后，会产生多光子吸收效应。多光子吸收与照射的激光强度IP及电磁场强度密切相关，强的激光强度同时又激励了强的电磁场，这样极大地刺激了多光子吸收。当激光强度IP达到1012～1014W/cm2时，材料中的电子将同时吸收多个光子，在高强度激光电磁场中可以容易地从原子和分子中剥离电子而产生电离。当激光强度IP增强到1014～1016W/cm2时，激光强光场产生的电势将使得原子固有势垒在一定程度上得到抑制，从而导致电子通过隧道效应获得电离。当激光强度继续增大，IP大于1016 W/cm2时，强场势能使得电子从原子束缚中彻底逃逸。这些电离产生的电子作为种子电子，又可以进一步吸收光子产生更多的自由电子。这些种子电子密度不依赖于外在介质，并且不呈现大的统计波动，光对物质的作用就从统计属性变成一种确定行为，具有准确的加工阈值。

其次，激光光束光强在空间呈高斯分布或者类高斯分布，聚焦光斑的能量分布不均匀，使得光斑内的光强分布存在很大的梯度，这样聚焦到物质上的激光强度IP就是位置x和时间t的函数。光斑中心区域的光强极高，超过了多光子吸收阈值，而其他部分的光强相对较低，低于多光子吸收阈值。对于能量有限的飞秒激光脉冲而言，只有超过多光子吸收阈值的照射区域，才会出现明确的加工行为。所以，这就不难理解飞秒激光加工时得到小于聚焦光斑尺寸的加工精度了。(www.xing528.com)

由于飞秒光纤激光器相对于飞秒固体激光器，具备更高的系统稳定性、更低的价格、更小的体积以及更高的重复频率，因此在飞秒加工上越来越多地使用飞秒光纤激光器。科技部重大支撑项目中的高速数控多光束精密激光打孔加工就是使用飞秒光纤激光技术实现的，如图155.5所示，孔最小直径小于等于1 μm，精度达到100 nm，加工通孔速度达到3000个/s，加工盲孔速度达到12000个/s，并且具备数字平行波束整形能力。

除此之外，飞秒脉冲激光加工还广泛应用在柔性薄膜太阳能电池加工、锂电池材料微纳结构化加工、飞秒激光美容、飞秒激光热电材料加工、飞秒光刻机、飞秒激光近视手术、飞秒无油墨彩色打印、生物组织工程及再生医学上的激光辅助生物制造等多个前沿方向，图155.6展示了其中的一部分应用。