超短脉冲激光微孔加工(下)——实验探索

自20世纪60年代激光器被发明以来,其脉冲宽度被不断压缩至亚皮秒及飞秒量级,使得激光加工技术进入到了超短脉冲阶段。与其它加工技术相比,超短脉冲激光微孔加工突破了对尺度和材料的限制,并具有高精度和自动化等优点。主要论述了超短脉冲激光微孔加工的优势,如冷加工、突破衍射极限的低微米及纳米量级的加工等。介绍了超短脉冲激光微孔加工中的三个经典模型,包括孔径和阈值关系模型、多脉冲累积模型和单脉冲烧蚀深度模型。简述了超短脉冲激光微孔加工的实验研究现状,并给出了存在的问题和展望。     

超短强激光脉冲大气传输效应建模

超短脉冲强激光大气传输在光学遥感、电子对抗以及人工放电等方面具有重要的应用,对超短脉冲强激光在大气中的传输进行了理论分析,对超短脉冲强激光大气传输中各种线性效应及非线性效应。诸如色散效应、非线性自聚焦效应、受激拉曼散射效应、多光子电离及隧道电离效应、电离引起的能量损耗效应、相对论聚焦、有质动力激发的等离子体尾波场等效应进行了讨论,给出了一组描述超短脉冲强激光大气传输的三维非线性传输方程,为此类问题的进一步研究提供了理论基础。     

超短脉冲强激光大气传输的非线性效应

超短脉冲强激光大气传输在光学遥感、电子对抗、以及人工放电等方面具有重要的应用, 例如, 利用超短脉冲强激光使得远距离处的大气局域电离, 其所产生的紫外辐射可以为大气组分主动荧光光谱学研究提供光源。对短脉冲强激光在大气中的传输进行了理论分析, 对超短脉冲强激光大气传输中的各种线性效应及非线性效应, 诸如色散效应、非线性自聚焦效应、受激拉曼散射效应、多光子电离及隧道电离效应、电离引起的能量损耗效应、相对论聚焦、有质动力激发的等离子体尾波场等效应进行了讨论, 给出了一组描述超短脉冲强激光大气传输的三维非线性传输方程, 为此类问题的进一步研究提供了理论基础。     

超短脉冲强激光大气传输的非线性效应

超短脉冲强激光大气传输在光学遥感、电子对抗、以及人工放电等方面具有重要的应用．例如，利用超短脉冲强激光使得远距离处的大气局域电离，其所产生的紫外辐射可以为大气组分主动荧光光谱学研究提供光源。对短脉冲强激光在大气中的传输进行了理论分析，对超短脉冲强激光大气传输中的各种线性效应及非线性效应，诸如色散效应、非线性自聚焦效应、受激拉曼散射效应、多光子电离及隧道电离效应、电离引起的能量损耗效应、相对论聚焦、有质动力激发的等离子体尾波场等效应进行了讨论，给出了一组描述超短脉冲强激光大气传输的三维非线性传输方程，为此类问题的进一步研究提供了理论基础。     

超短脉冲激光在导体中穿透深度的估算

对超短脉冲激光辐导电介质之间的相互作用进行了理论研究,在研究中把脉冲作为按泊松分布光子流,而介质被当作一种利用逆韧致效应来吸收光子的准自由电子系统对强超短脉冲激光辐射在导电介质中的穿透深度进行了估算。     

超短脉冲激光加工碳纤维复合材料研究进展

超短脉冲激光加工作为一种非接触式的特种加工方法,利用高功率密度的聚焦激光束烧蚀碳纤维增强复合材料(CFRP)表面,实现高精密加工,有望解决传统机械加工工艺造成的刀具损坏、残余应力和表面质量差等问题。因此,本文综述了近些年超短脉冲激光加工CFRP的研究进展。首先梳理了超短脉冲激光加工CFRP的加工机理,其中包括了材料去除机理、相互作用过程机理和对激光的吸收与反射机理。其次,着重阐述了热影响区和锥度这两类缺陷,分析了缺陷的形成原因,并提出了相应抑制方法。本文对超短脉冲激光加工CFRP的理论研究具备一定借鉴意义。     

不对称干涉自相关测量超短激光脉冲啁啾方向

提出了测量超短激光脉冲混合啁啾方向的方法。这种方法是基于混合啁啾方向随干涉自相关(IAC)信号不对称性及超短激光脉冲光谱不对称性的变化而变化。据此,得到用(IAC)包络差值信号及超短激光脉冲光谱判断线性啁啾与平方啁啾的方向。采用IAC二次谐波检测系统对加浓染料激光器输出的脉冲进行了测量,获得了被测超短激光脉冲的线性啁啾值及平方啁啾值的正与负。从而实现了对超短激光脉冲混合啁啾方向的测量。     

精细激光工业加工的应用概况

对比普通激光加工,超短脉冲和短波长对各种材料的优势作用日趋显现.超短脉冲和短波长的研发以及在激光加工中的试应用,为高品质的精细加工带来了希望.本文主要对激光在精细加工方面的应用进行阐述.     

激光加工微孔质量的研究

激光加工凭借加工精度高、效率高、无污染、应用材料范围广的独特优势,成为加工微孔的首选,尤其是在高质量微孔的加工中有着不可替代的作用.介绍了激光加工微孔的优势及研究意义,总结了激光加工微孔的质量特征(如深径比、锥度、圆度、重铸层等),综述了激光加工微孔质量的研究现状,讨论了打孔方式、激光工艺参数(如脉冲宽度、波长、重复频率等)和加工环境(如真空、气体、液体等)三个因素对激光加工微孔质量的影响及其造成影响的原因,并对激光加工微孔的发展方向和今后研究的重点进行了总结.     

紫外激光作用频率对吸收玻璃的微孔加工研究

采用紫外激光烧蚀材料微孔具有效率高,成本低等优势.本文主要研究了在固定激光脉冲能量下,紫外激光脉冲重复频率对吸收玻璃的微孔加工特性的影响.研究发现,紫外重复脉冲对材料的去除主要是基于单脉冲效应:频率较低时,相应单脉冲的能量较大,激光烧蚀材料所产生的温度较高,激光等离子体冲击效应较强,这样将引起孔周围断裂;随着脉冲作用频率的增加以及相应能量的减小,热效应减小,使得烧蚀孔周围的断裂痕迹逐渐消失,且孔深度方向逐渐变浅.通过控制脉冲作用频率可以实现对孔的定性烧蚀.     

超短脉冲激光加工在微电/光互连领域的应用研究进展

超短脉冲激光凭借其脉宽窄、峰值功率高的特点,可以实现高精度材料生长、改性和去除等形式的加工,具有良好的材料适应性和工艺兼容性,在微电/光互连领域取得了开拓性应用进展,已成为近年来先进制造的新兴关键技术。本文简要介绍超短脉冲激光实现微光电子器件制造的基本机制,包括多光子还原、表面等离子体共振和双光子聚合等,重点阐述超短脉冲激光加工在微光/电互连领域的应用研究进展,并对超短脉冲激光加工在该领域的发展方向进行总结和展望。     

飞秒激光在材料微加工中的应用

本文介绍了飞秒激光的特性以及超短脉冲激光与材料相互作用的机理，并着重指出了其与长脉冲激光的区别。飞秒激光可产生超高光强、具有精确的损伤阈值(并且损伤阈值较低较低)、很小的热影响区、几乎可精密加工所有种类材料，并且，加工精度极高，可进行亚微米尺寸的精密加工。通过分析飞秒激光材料微加工的特性，综述超短脉冲激光材料微加工的应用研究现状。     

中红外超强超短激光研究进展（特邀）

近年来,可调谐中红外新波段超强超短激光的出现与迅速发展,开辟了强场物理领域中迄今仍很少探索过的参量空间,为开拓超强超短激光与物质相互作用的新物理、新效应及新应用提供了新机遇。文中总结了中红外超强超短激光近年来的发展趋势与研究方向。针对光参量放大、光参量啁啾脉冲放大、中红外脉冲后压缩以及中红外新型光场调控技术4个研究方向,较全面地分析各自的国内外研究现状,并对未来中红外超强超短激光的发展趋势进行了展望。     

基于超快光克尔效应的超短脉冲光限幅器

超短脉冲激光因其独特的传播性质,在光电对抗领域具有重要的应用潜力。针对传统光限幅器件在超短脉冲激光限幅防护领域中存在的若干问题,提出一种基于超快光克尔效应的超短脉冲光限幅器。该限幅技术利用超短脉冲在非线性介质中诱导非线性偏振椭圆旋转(NER)效应,可实现超低阈值的光限幅输出,同时将非线性偏振椭圆旋转和自聚焦效应相结合,可保证器件在较大动态能量范围内具备限幅功能,该器件具备响应速度快、适用光谱范围宽的优点。系统阐述了NER效应的基本原理,并利用飞秒脉冲激光验证了基于NER和自聚焦效应的光限幅器的限幅性能。     

不对称介质中载波包络相位相关的超快多光子现象研究

研究了不对称介质中载波包络相位(CEP)相关的超快多光子过程。研究发现,通过调节周期量级超短脉冲的CEP,能够实现对超快四波混频转换效率的有效控制。而且,进一步研究发现,入射脉冲的CEP能够被极化分子介质中产生的孤子脉冲"记住",这一崭新的效应提供了一种测量未经放大周期量级超短激光脉冲CEP的新方案。另外,研究了半抛物量子阱(QW)中的载波拉比振荡效应的物理机制。     

超短光脉冲及孤子效应

本文描述了超短光脉冲在介质中传输的自相位调制效应、啁啾效应、孤子效应及其产生的物理过程。评述了孤子效应在超短脉冲激光技术中的应用。     

皮秒激光旋切加工微孔试验研究

为了解决毫/纳秒激光加工微孔质量低的问题,利用脉冲宽度为200ps的脉冲激光,采用高速旋切法对厚度为0.2mm的SUS 304不锈钢薄板进行直径为200μm的微孔加工试验,用激光共聚焦显微镜观察孔的外观形貌,研究旋切速率、激光功率和离焦量等因素对孔径、锥度和热影响区等加工质量的影响。结果表明,旋切速率对微孔内壁质量有直接的影响;通过提高转速来降低激光脉冲重叠率可以减小微孔内壁的热影响区;适当增加激光功率,能够改善旋切加工微孔切口处的加工质量;采用正离焦加工能够一定程度减小孔的锥度。优化工艺参量能够加工出热影响区小、边缘质量好的小锥度微孔。     

海量微孔水辅助法皮秒激光加工技术的研究及应用

针对激光加工具有海量微孔的金属滤网时基板热变形严重,且所加工微孔锥度大、孔形一致性差等问题,提出了背面水辅助的激光微孔加工法。该方法利用水进入微孔的毛细现象,光在气液界面的反射、折射现象,激光辐照到水中产生的力效应、空泡效应,以及水的冷却作用,实现了提高微孔加工质量的目的。采用皮秒脉冲激光分别在无水和有水辅助情况下对不同厚度的304不锈钢板进行打孔试验,验证了背面水辅助激光加工法的可行性。试验结果表明:在相同的加工参数下,相对于无水激光直接加工法,采用背面水辅助法加工得到的微孔锥度降低了2°～6°,再铸层减少,热影响区减小,所加工滤网的变形量减小,微孔的一致性得到提高。最后采用正交试验优化的工艺参数,在60μm厚板材上实现了出口孔径为55μm的具有海量微孔的滤网的加工。     

ICALEO年会谈论的激光加工时髦话题

超短激光脉冲(Sps以下)材料加工处理是ICALEO’98年会200多篇论文的一个主题。在由美国激光研究所主办的会议上,所讨论的其它研究主题包括激光表面装饰与快速做加工成型二极管激光加工、表面处理、焊接和医用器件制造等。劳伦斯·利夫莫尔国家实验室激光科学与技术项目的副主席主管Michael Perry发表了重要演说。Perry和他的同事首先采用超短脉冲激光器用于材料加工并研制出第一台工业化飞秒激光加工机。因此,该加     

超短脉冲激光器及其应用

1引言 从激光发明的初期开始,超短脉冲光的产生和应用就有效地利用了激光的特点,科学家们对此开展了多项研究.近年来,作为物理科学研究和测量的工具,超短脉冲激光器在很多领域得到应用,并有望应用于三维加工或医疗方面.