皮秒激光工程应用研究现状与发展分析

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1、DOI10.3901/JME.2014.05.115皮秒激光工程应用研究现状与发展分析*季凌飞凌晨李秋瑞吴燕闫胤洲鲍勇蒋毅坚(北京工业大学激光工程研究院北京100124)摘要：皮秒激光作为一种新型的能量源，具有皮秒级(£10ps=10–11s)超短脉宽、重复频率可调范围宽和高脉冲能量等特点，有望实现包括硬脆性难加工材料在内的高精与高效兼顾的材料加工效果，在材料精细与微纳加工领域已逐步显露头角。介绍了皮秒激光与材料相互作用的基本特点和区别于其他类型激光加工的优势，总结综述近年来国内外皮秒激光在材料切割、

2、选择性去除、深微孔加工和型面加工等几个面向工程实际应用研究的最新进展，对皮秒激光在工业领域未来应用中所面临的问题和发展方向进行分析与预测。皮秒激光的工程应用作为新型激光智能化制造手段之一将在高精高效机械制造领域具有广阔的应用前景。关键词：皮秒激光；工程应用；高精与高效加工中图分类号：TG485；V261ResearchProgressandDevelopmentofIndustrialApplicationofPicosecondLaserProcessingJILingfeiLINGChenLIQi

3、uruiWUYanYANYinzhouBAOYongJIANGYijian(InstituteofLaserEngineering,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124)Abstract：Asanovelenergysource,picosecondlaserhasattractedmoreandmoreattentionbecauseofitsultra-shortpulsewidth(£10ps=10–11s),widerepetitionfreq

4、uencyrange(afewtensofHz-MHz)andhighpulseenergy.Itisexpectedtoachievehighpreciseandefficientlaserprocessingofmaterials,particularlythehardandbrittlematerials,whichhasbeengraduallypromisinginmanufacturingindustry.Theprincipleandcharacteristicsofpicosecond

5、laserinteractionwithmaterialswhicharedifferentfromotherkindsoflaserareintroduced.Thelatestresearchonpicosecondlasercutting,surfaceselectiveremoval,drillingandmillingwhicharethemostpromisingtechniquesforindustrialapplicationarepresentedandanalyzed.Thecha

6、llengesandfuturetrendsofthedevelopmentofpicosecondlaserapplicationinindustryarealsopresentedandpredicted.Industrialapplicationofpicosecondlasercanbewidelyusedinthehighefficientandprecisemechanicalmanufacturingfieldasoneoftheadvancedlaserprocessingtechni

7、ques.Keywords：picosecondlaser；industrialapplication；highpreciseandefficientprocessing除。“热加工”效应所引起的热影响区、熔凝残渣及应变裂纹是限制工件加工精度、效率和工艺重复性提高的主要原因。虽然采用光束质量非常好的光纤激光(M2～1.1)或slabCO2激光(M2<1.4)，通过新工艺的开发，能够以满足工业应用的效率实现材料(包括硬脆性难加工材料)的无裂纹切割，但加工光源长脉宽的本征热效应依然会明显降低材料的加工精度

8、，面积可达平方毫米(mm2)级的宏观热影响区、切缝面条纹、熔凝层以及切缝下缘挂渣等都是常见的不良加工效果。纳秒(ns)级脉宽准分子激光具有“近似冷消融”的加工效果[1]，但其对材料去除加工的0前言目前，CO2激光、光纤激光、半导体激光以及准分子激光等面向工业应用的主流激光器脉宽多在微秒(μs)、纳秒级(ns)水平。长脉宽激光作用于材料时，通过焦耳加热吸收激光能量，经晶格/电子热传导使材料辐照区域升温，熔化至汽化完成材料的去*国家自然科学基金(512750