飞秒激光微加工技术的评述与展望.pdf

飞秒激光微加工技术的评述与展望
黄佑香,张庆茂,廖健宏,周永恒
(华南师范大学激光加工实验室,广东广州510006)
摘要:综述了飞秒激光微加工技术国内外的研究现状,介绍了飞秒激光微加工在光学、微电子及生物医学等领域
的应用,展望了飞秒激光微加工技术未来发展的趋势以及需要解决的关键技术。
关键词:飞秒激光;应用;微加工;进展
中图分类号:TN249;TG665文献标识码:A文章编号:025426051(2008)0620008206
Reviewandprospectsoffemtosecondlasermicro2processingtechnology
HUANGYou2xiang,ZHANGQing2mao,LIAOJian2hong,ZHOUYong2heng
(LaboratoryofLaserProcessingTechnology,SouthChinaNormalUniversity,GuangzhouGuangdong510006,China)
Abstract:Therecentprogressoffemtosecondlasermicro2processingwasreviewed,andtheapplicationsoffemtosecond
lasermicro2processingwereintroducedinsomeareasincludingoptics,micro2electronics,biomedicineandsoon.Further2
more,thedevelopmenttrendsoffemtosecondlasermicro2processingandsomekeytechniqueswhichdemandtobesolved
wereprospected.
Keywords:femtosecondlaser;applications;micro2processing;development
超短、超强和高聚焦能力是飞秒激光的3大特点。加工的重要应用,展望其今后的发展趋势。
-15[1]
飞秒激光脉宽可短至4fs(1fs=10s)以内,峰值1国内外飞秒激光微加工技术研究
15
功率高达拍瓦量级(1PW=10W),聚焦功率密度达状况
到1020～1022W/cm2[2]。飞秒激光可以将其能量全
111飞秒激光微加工基础理论的研究
部、快速、准确地集中在限定的作用区域,实现对玻璃、
飞秒激光加工机理的研究、试验大多是探索性的,
陶瓷、半导体、塑料、聚合物、树脂等材料的微纳尺寸加
多与长脉冲情形相比较而确定飞秒激光的烧蚀特性,
工,具有其它激光加工无法比拟的优势:①耗能低,无
在一定程度上解释了飞秒激光与物质相互作用的物理
热熔区,“冷”加工;②可加工的材料广泛:从金属到非
本质。目前理论研究较系统的材料有金属和透明介
金属再到生物细胞组织,甚至是细胞内的线粒体;③高
质。
精度、高质量、高分辨率,加工区域可小于焦斑尺寸,突
(1)金属前苏联AnisimovSI等人于1975年第
破衍射极限;④对环境没有特殊要求,无污染。飞秒激
一次提出了超短脉冲烧蚀金属材料的双温模型。该模
光微加工是当今世界激光、光电行业中极为引人注目
型从一维非稳态热传导方程出发,考虑到超短脉冲作
的前沿研究方向。世界各国学者在飞秒激光与材料相
用时,存在光子与电子、电子与晶格两种不同的相互作
互作用机理研究方面已取得重大的进展,开发出以钛
用过程,列出了电子与晶格的温度变化微分方程,即双
宝石激光器为主的飞秒激光微加工系统,开展了飞秒
温方程。一些学者以该模型为基础,在不同的激光脉
激光微纳加工的工艺研究,促进了多学科的融合,推动
宽下对双温方程进行约化,求得解析解[3]。发现当激
着飞秒激光微纳加工技术向着低成本、高可靠性、多用
光脉宽远远小于晶格的受热时间时,烧蚀时间不依赖
途、产业化的方向发展。飞秒激光微加工技术将在超
于激光脉宽[4]。试验得到的金属铜材料的烧蚀速率
高速光通讯、强场科学、纳米科学、生物医学等领域具
与双温模型基本一致。1999年,FalkovskyLA和Mi2
有广泛的应用和潜在的市场前景。本文旨在综述飞秒
shchenkoEG基于玻尔兹曼方程和费米狄拉克配分函
激光微加工技术国内外的研究状况,介绍飞秒激光微
数提出热电子爆炸模型来描述金属材料中的超快形
变。2002年,ChenJK等人综合双温模型及电子爆炸
作者简介黄佑香(—)女湖南醴陵人硕士研究生从事
:1981,,,,模型,假定单轴应变三维高压条件,提出了一系列相关
激光先进技术的研究。联系电话:[phone]E2mail:huan2
联的瞬时热弹性变形方程[5]。数值结果表明,超短激
gyouxiang2005@163