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飞秒激光超微细加工技术简介摘要：本文首先简单地介绍了飞秒激光和超微细加工技术飞秒激光加工技术的技术背景，然后较为详细地介绍了飞秒激光超微细加工技术及其特点与应用，结合飞秒激光超微细加工技术的特点将其与其它的微机械加工技术进行了比较，最后分析飞秒激光超微细加工技术的发展趋势和应用前景。
关键词：飞秒激光超微细加工技术飞秒激光超微细加工Femtosecond laser micro machining technology IntroductionAbstract: This paper first briefly describes the technical background of the femtosecond laser and micro machining technology andfemtosecond laser micro machining technology, then a moredetailed description the femtosecond laser micro machiningtechnology and its features and applications, combined withthe femtosecond laser micro machining technology will becharacterized by with other micro-machining technology, thefinal analysis of the femtosecond laser micro machiningtechnology trends and application prospects.Keywords:femtosecond laser micro machining technology femtosecond laser ultra-fine processing0引言激光（Laser,即Light Amplification by stimulated Emission of Radiation的缩写），意思是利用辐射受激得到的加强光，激光加工（Laser Beam Machining）就是把激光的方向性好和输出功率高的特性应用到材料的加工领域中去。
文章编号:0258-7025(2007)05-0595-28综述 飞秒激光微加工:激光精密加工领域的新前沿何 飞,程 亚(中国科学院上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点实验室,上海201800)摘要 飞秒激光微加工技术具有加工精度高、热效应小、损伤阈值低以及能够实现真正的三维微结构加工等优点,这些特性是传统的激光加工技术所无法取代的。
首先回顾了激光微加工和超短脉冲激光技术的发展历史,然后介绍超短脉冲激光与金属和介质材料相互作用的机制,接着阐述了飞秒激光直写、干涉和投影制备等各种加工方法的原理,重点讨论飞秒激光在三维光子器件集成、微流体芯片制备及其在生化传感方面的应用等,最后展望了飞秒激光微加工领域所面临的机遇和挑战,指出了未来的研究方向。
关键词 超快光学;飞秒激光;光与物质相互作用;微加工;集成光学;双光子聚合;微流体;纳米颗粒中图分类号 T N 249 文献标识码 AFemtosecond Laser Micromachining :Frontier in Laser Precision MicromachiningHE Fei ,C HENG Ya(State K ey L aboratory o f High Field L aser Phy sics ,S hanghai Institute of Optics and Fine Mechanics ,T he Chinese Academy of S ciences ,Shanghai 201800,China )A bstract Femtoseond laser micromachining enables fabrica tion o f true th ree -dimensional (3D )micro struc ture s with high precisio n and low heat effect and damage thresho ld ,sho wing unique adv antag es ov er the tr aditional lase r micro machining techno lo gy .We fir st review the histories of la ser micro processing and ultra -sho r t pulse lase r technology ,and then o utline the mechanisms of the inter actions o f ultra -sho r t la ser pulse w ith metals and transpar ent media .N ex t ,w e introduce sev eral majo r technical appr oache s in the field o f femto second lase r micro machining such as femto second laser direct w riting ,multi -beam inter ference and pro jectio n patterning ,as w ell as their applications in fabricatio n of 3D integ ra ted o ptical device s ,micr ofluidic chips ,and chemical and bio lo gical sensor s ,etc .Lastly ,w e highligh t the oppor tunities and challeng es in the field ,and sugg est some direc tions fo r the future resea rch .Key words ultrafast optics ;femtosecond laser ;light -mat te r interactio n ;micromachining ;integ rated o ptics ,two pho to n po lyme rizatio n ;micro fluidics ;nano pa rticles 收稿日期:2007-03-30;收到修改稿日期:2007-04-24 作者简介:何 飞(1984—),男,湖北人,硕士研究生,主要从事飞秒激光材料微加工方面的研究。
《飞秒激光刻蚀石英玻璃微加工技术研究》一、引言随着微纳制造技术的飞速发展，飞秒激光刻蚀技术在石英玻璃微加工领域的应用日益广泛。
该技术以其高精度、高效率、低损伤等优点，在光学、光电子学、微机械等领域展现出了巨大的应用潜力。
本文将就飞秒激光刻蚀石英玻璃微加工技术的研究现状、原理、实验方法、结果以及展望等方面进行详细介绍。
二、飞秒激光刻蚀技术原理飞秒激光刻蚀技术是一种利用飞秒激光器产生的高能量、高精度的激光脉冲对材料进行微纳加工的技术。
其原理是利用激光的超高能量和超快脉冲宽度，使石英玻璃材料在极短时间内发生非线性吸收、多光子电离等物理过程，从而达到局部快速熔化、汽化、烧蚀的效果，实现材料的高精度微加工。
三、石英玻璃微加工技术研究现状石英玻璃作为一种重要的光学材料，具有优良的物理化学性能和光学性能，广泛应用于光学仪器、光电子器件、传感器等领域。
然而，石英玻璃硬度高、脆性大，传统的机械加工方法难以实现高精度、低损伤的加工。
因此，飞秒激光刻蚀技术在石英玻璃微加工领域的应用成为了研究热点。
目前，国内外学者在飞秒激光刻蚀石英玻璃的加工工艺、加工质量、加工效率等方面进行了大量研究，取得了一系列重要成果。
四、实验方法与步骤1. 实验材料与设备：选用高纯度石英玻璃作为实验材料，采用飞秒激光器作为加工设备。
2. 实验设计：根据实际需求，设计合理的激光参数（如激光脉冲能量、频率、扫描速度等）和加工路径。
3. 实验步骤：将设计好的加工路径导入飞秒激光器控制系统，启动激光器进行加工。
通过观察和记录实验过程中的现象和数据，分析飞秒激光刻蚀石英玻璃的加工特性。
五、实验结果与分析1. 加工质量：飞秒激光刻蚀石英玻璃具有高精度、低损伤的特点，可实现微米级别的加工精度。
通过优化激光参数和加工路径，可以提高加工质量，降低表面粗糙度。
2. 加工效率：飞秒激光刻蚀技术具有高效率的优点，可以在短时间内完成复杂的微纳加工任务。
然而，过高的激光能量可能导致加工速度降低，需根据实际需求合理调整激光参数。
飞秒激光微加工技术研究及其应用随着科技的日益发展，飞秒激光微加工技术也越来越受到人们的关注。
这种技术利用飞秒激光的短脉冲和高能量密度，对材料进行微加工和微加工制造。
本文将介绍飞秒激光微加工技术的研究和应用，以及对未来的展望。
一、飞秒激光微加工技术研究飞秒激光微加工技术是一种先进的加工技术，其主要原理是通过高速的飞秒脉冲激光照射在材料表面，产生局部熔化和蒸发的现象，从而实现微加工和微加工制造。
这种技术所使用的激光脉冲时间非常短，只有几百飞秒，从而可以大大减少加工产生的热量和机械压力。
飞秒激光微加工技术的研究主要涉及到激光源的开发、加工机器的设计和开发、加工过程控制技术等方面。
激光源是飞秒激光微加工技术的核心，目前主要有铝镓镓砷（AlGaAs）、纳米抽运钛宝石（Nd:YAG）、纳米纤维激光（NFL）等类型的激光源被广泛应用于该技术领域。
此外，加工机器的设计和开发也是该技术研究的重点之一，通过优化机器结构、改进系统控制，可以提高加工的精度和效率。
二、飞秒激光微加工技术应用飞秒激光微加工技术具有高精度、高效率、高品质的特点，被广泛应用于制造、信息、能源、生命科学等领域。
以下将结合实际应用案例，介绍飞秒激光微加工技术的具体应用。
1. 精密制造精密制造是飞秒激光微加工技术的主要应用领域之一。
该技术可以用于制造微型零部件、微型机械、模具等产品。
例如，飞秒激光微加工技术可以制造微型LED芯片，利用飞秒激光脉冲加工出微结构，提高LED的光转换效率。
此外，在MEMS和MOEMS等领域，飞秒激光微加工技术也被广泛应用。
2. 信息技术飞秒激光微加工技术在信息技术领域中的应用主要涉及到光存储和光通信技术。
利用飞秒激光微加工技术可以制造出高分辨率的光栅和微孔阵列，作为信息记录介质，实现超高容量的光存储；同时也可以制造出高品质的光通信设备，实现高速、高容量、低损耗的光通信。
3. 能源科学飞秒激光微加工技术在能源科学领域中的应用主要涉及到纳米材料的制造和太阳能电池的研究。
飞秒激光在材料加工中的微观机理研究引言：随着科学技术的迅猛发展，材料加工领域涌现出了各种各样的先进技术。
其中，飞秒激光技术作为一种新兴的材料加工方法，因其出色的性能和广泛应用而备受瞩目。
飞秒激光以其独特的能量密度和微观加工效果，成为了研究人员们的关注焦点。
本文将探讨飞秒激光在材料加工中的微观机理研究，以及其对应的应用领域。
一、飞秒激光技术的概述飞秒激光技术是一种以极短脉冲激光为源的材料加工方法。
与传统的毫秒甚至微秒激光相比，飞秒激光具有更高的功率密度和更短的脉冲宽度。
这种短脉冲的特性使得飞秒激光可以在非常短的时间内向材料施加极高的能量密度，形成极高的局部温度和压力。
这使得飞秒激光在材料的微观结构和性能调控方面具有巨大的潜力。
二、飞秒激光在材料加工中的微观机理1. 飞秒激光下的光-物质相互作用飞秒激光在材料表面与光-物质相互作用时，主要通过光扩散、电子与物质相互作用和熔化/汽化三个过程来实现能量传递。
首先，光扩散导致了光在材料中的渗透和传播，从而形成一个具有均匀分布的光子场。
其次，飞秒激光的高能量脉冲可以使得材料的电子受激发，产生复杂的电子-原子相互作用。
最后，随着温度的升高，材料很快达到熔化温度，并进一步蒸汽化。
这种相变过程直接改变了材料的表面形态和结构，实现了飞秒激光加工的微观机理。
2. 飞秒激光诱导的微观效应飞秒激光加工中，由于极短的脉冲宽度和高能量密度，会出现多种微观效应，如飞秒激光诱导的电子、离子和光子效应。
其中，电子效应是最常见的一种，即由于飞秒激光的瞬时加热会导致电子的激发和散射等过程，从而改变材料的电子态密度和结构。
离子效应是指在飞秒激光加工过程中，离子通过碰撞和电子复合等方式与材料相互作用，导致材料的物理变化。
光子效应是指飞秒激光与材料相互作用后，产生的光子会被材料吸收，导致表面发生光相干检测等现象。
三、飞秒激光在应用中的突破1. 飞秒激光在光学材料加工中的应用飞秒激光由于其高的聚光性和精确性，广泛应用于光学材料的加工和制造领域。
飞秒激光技术在微纳加工中的应用现代科技的快速发展，让微观世界变得越来越重要。
尤其是在生产领域，微观零件的制造质量对产品的性能、价格和竞争力都有着非常重要的影响。
现在，一种新型的雕刻技术——飞秒激光技术已经发展成为高质量的微纳米加工、超精密加工和微细精度测量的有力工具。
本篇文章将会讲述飞秒激光技术在微纳加工中的应用，希望能对读者有所启发。
1、飞秒激光技术的简介飞秒激光技术是一种特殊的激光加工技术，能够在微纳米尺度下精确加工出高质量的形状和结构。
传统的激光加工技术主要是利用激光脉冲的热效应去烧蚀、熔化或气化加工物质。
这种技术容易产生裂缝和硬度变化等问题。
而飞秒激光技术则是利用激光波长与物质基本结构尺度相近的特性，利用激光脉冲的非线性光学效应，通过先进的像素级控制和精度控制算法，精细研究激光与材料的相互作用规律，从而在微纳米尺度下实现高质量的加工技术。
2、飞秒激光技术在微纳加工领域的应用2.1、微孔加工在工业、病毒学、生物化学等领域中，大量的需要制备高质量孔洞的实验需要用到精细的微孔加工技术。
传统的微孔加工技术多利用钻孔、放电或化学相切割等方法进行加工，但由于其存在误差和加工精度差的问题，并不适应微纳加工的要求。
飞秒激光加工微孔技术提供了一种更加高质量和高效率的加工方法，在细胞操作、细胞孔洞、微流控芯片、微观高通量筛选等方面有广泛应用。
2.2、微细加工微观零部件的制造，需要非常高精度、高稳定性和高重复性的制造技术，而飞秒激光技术的产生正是为了解决这些问题。
飞秒激光加工的精度和稳定性非常高，通常可以达到更小的尺度，其制造、改善和控制的微纳米材料结构具有良好的应用前景。
例如，在DNA识别、传感器和微纳米机械中，飞秒激光技术都有广泛的应用。
3、飞秒激光技术的现状及未来飞秒激光技术已经成为微纳加工、超精密加工和微细精度测量的有力工具，其中包括 3D显微成像、光所驱动的力操作、量子小界面探测等多方面。
目前，国内飞秒激光技术的研究与发展程度相对还比较薄弱，与国外先进技术水平还存在差距。
飞秒激光在微纳加工领域的应用飞秒激光开始应用到微纳加工领域始于20世纪90年代初。
正是由于飞秒激光具有持续时间短及高脉冲功率密度的特性，使得其与物质相互作用时具有许多独特的优点：确定的烧蚀阈值，规则的加工边缘，层层微加工以及可加工任何材料等。
最近研究结果表明：飞秒激光微细加工在微光学、微电子、微机械、微生物、微医学等多个领域具有潜在的应用价值。
不同学科、不同实验具有不同的具体要求，这就需要采取相应的加工手段来实现特定加工目的，囚此飞秒激光深孔加工技术等加工工艺开始引起越来越多研究者的重视。
激光整形技术是指在激光腔内或腔外采用光学元件改变光束形态实现光束整形。
飞秒激光脉冲整形有别于传统整形概念，主要是在保留原有高峰值功率特性基础上，在光路中引人扩束器、滤波器以及衍射模板等光学器件，达到缩小聚焦尺寸、去除高斯光束周围荧光成分、减少脉冲形变及多种形状加工等目的。
常用的是空间滤波和掩模控制技术。
空间滤波是实现对光束边缘荧光的屏蔽效用，实现聚集点光学质量的改善，掩模控制是通过掩模形状来实现对脉冲的调制，以达到确定的加工目的。
本文采用聚焦物镜与接收材料同步运动的方法，可以很容易地将焦点前后脉冲的空间形态在材料表面以二维平面图形式表示出来。
在聚焦物镜前加小孔掩模板，通过小孔直径及小孔前后脉冲能量的变化，可直观观察到光束空间形态的改变。
最后，实验选取合适参数，成功刻划出边缘光滑的透射型金属光栅。
1 实验装置及方法实验设备采用的是Clark公司飞秒激光加工工作台(UMW-2110i，Clark-MXR Inc.)。
激光具体参数为：中心波长775nm，脉宽148 Fs，重复频率1kHz，最大单脉冲能量1mJ，在光路上加衰减片可以调整脉冲能量，聚焦前光斑直径5mm；掩模小孔直径可调范围为0.5～10mm；接收材料为喷溅法镀在溶石英基片上的金膜(厚度约为300nm)。
飞秒激光经掩模小孔后由5×显微物镜(有效焦距为40 mm)聚焦金膜表面。
飞秒激光微细加工[文档副标题]姓名：学号：班级：飞秒激光微细加工摘要：本文简单地介绍了微细加工技术和飞秒激光及其特点、原理，并列出几个典型的飞秒激光加工技术的应用，分析了该技术相对其他维系加工技术的优势所在，最后分析飞秒激光微细加工技术的发展趋势和应用前景。
关键词：飞秒激光微细加工技术飞秒激光微细加工引言：随着时代发展，各种新兴的加工工艺不断出现而改变了现代加工方式，虽然其仍在发展之中，有其局限性，，但随着研究的深入，新技术的引用，而使其愈加完善。
微细加工作为一种新兴的加工方式，在现代加工行业的地位愈显重要，用飞秒激光这一前沿科技进行微细加工，有其独特的优点，而成为了微细加工工艺中一个重要的分支。
1·微细加工简介微细加工（microfabrication）是指制造微小尺寸（尺度）零件的生产加工技术。
微细加工是为微传感器、微执行器和微电子机械系统制作微机械部件和结构的加工技术。
他起源于半导体制造工艺，原来是只加工尺度约在微米级范围的加公方式。
【1】而它现在所指的加工等级的范围已经扩展到纳米级。
微细加工在半导体继承电路上的应用，使得大规模集成电路和计算机技术得到了发展，而它现在已经涉及到各种现代加工方式，特别是微机械研究和制造上已经成为了必不可少的基础环节。
2·飞秒激光简介及其特点介绍飞秒（femtosecond）也叫毫微微秒，是一种标衡时间长短的计量单位，1飞秒只有1秒的一千万亿分之一，飞秒激光是人类目前在实验室条件下所能获得最短脉冲的技术手段。
【2】飞秒激光技术不仅可以获得超短波长的激光、产生瞬间高功率，而且可以高密度聚集而使电磁场强度比原子核对其周围电子的作用力还要高数倍，这样在短时间去除较浅深度的物质所引起的变形量就小。
飞秒激光主要特点：①超短脉冲，飞秒激光是我们人类目前在实验条件下能够获得的最短脉冲；②瞬时高功率，飞秒激光有非常高的瞬间功率，它的瞬间功率可达百万亿瓦，比目前全世界的发电总功率还要多出上百倍；③精确定位性，飞秒激光具有精确的靶向聚焦定位特点，能够聚焦到比头发的直径还要小的多的超细微空间区域。
飞秒激光微纳加工技术在多种材料加工领域的应用
飞秒激光微纳加工技术是一种利用飞秒脉冲激光器进行材料加工的先进技术。
由于飞秒脉冲激光具有非常短的脉冲宽度和高的峰值功率密度，它能够实现精细的微纳加工，对各种材料都有广泛的应用。
飞秒激光微纳加工技术在材料加工领域的应用非常广泛。
在金属材料加工领域，飞秒激光可以实现高精度和高效率的雕刻、切割和打孔。
由于飞秒激光的脉冲宽度非常短，加工过程中热影响区域很小，可以避免或减少材料的热变形和烧蚀现象，从而得到更加精细和光滑的加工表面。
在非金属材料加工领域，飞秒激光也具有独特的优势。
对于玻璃材料的加工，传统的激光加工会产生较大的热应力，容易导致玻璃破裂。
而飞秒激光的加工过程中，由于热影响区域很小，可以有效地避免热裂纹的产生，实现对玻璃材料的精细加工。
飞秒激光微纳加工技术还可以应用于生物医学领域。
飞秒激光可以用于对细胞和组织的切割、光学组件的制备、生物标记物的加工等。
由于飞秒激光对生物组织具有较小的热损伤和操控力，可以实现对生物组织的高精度和非侵入性的加工，为生物医学研究和治疗提供了新的可能性。
飞秒激光微纳加工技术还可以应用于光子学器件的制备。
光学器件通常需要具有非常精细的结构和尺寸，飞秒激光可以通过控制激光参数和加工条件，实现对光学器件的高精度加工和制备。
飞秒激光可以用于制备光波导器件、光纤连接器、探测器等。
这些光学器件具有更高的性能和更小的尺寸，对于光通信和光子学应用具有重要意义。
