飞秒脉冲的激光损伤及微加工

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1、!"#第%卷第%期宁夏工程技术%**1年#月PLM’%=L’%=C

2、工精度等优点’文章讨论了超短脉冲激光导致物质损伤和消融的物理机理，对短脉冲和长脉冲的消融机理进行了对比，介绍了飞秒脉冲产生的啁啾脉冲放大（,-.）技术；飞秒脉冲激光在逐位式光数据存储、对光学物质进行微加工和制作光子元件&如波导等+的应用实验’总结了对飞秒脉冲激光在光学物质相互作用中的应用前景’关键词：飞秒脉冲；微加工；超快光学；消融中图分类号：/01(文献标志码：.近几年，飞秒脉冲激光在物质微加工中的应用!飞秒激光脉冲的光损伤和消融受到了广泛的关注2!314’由于飞秒脉冲激光的脉冲要在物质内部产生光损伤或消

3、融，首先要使物宽度极短，很容易达到极高的峰值功率’例如，当脉质大量吸收激光能量，导致激光束聚焦点处的物质冲能量为!*!5、脉冲宽度为!**67的激光脉冲紧聚被加热到熔化或气化温度’金属、半导体和透明绝焦到直径为%!8的位点上时，激光束的峰值强度可缘体（如玻璃、塑料）等物质对激光能量的吸收机理以达到!*!)%9:;8’如果要使一个!*<7的脉冲达各不相同’物质对激光的吸收机理主要依赖于激光到同样的强度，需要!**5的单脉冲能量’由于作用强度和脉冲宽度’对于非透明物质，长脉宽、低能量时间和光强的差别，飞秒脉冲与

4、物质的相互作用机激光的相互作用以线性吸收为主；而高强度超短脉理与长脉冲有很大的不同’短的脉冲宽度意味着激冲以非线性吸收为主’对于透明体来说，能量的吸光与物质发生相互作用的时间很短，在此时间内物收主要来自导致光损伤的非线性过程’质的流体力学移动可以忽略，不考虑液体的流动’透明介质首先变成能大量吸收光能量的等离子飞秒脉冲激光作为对物质进行处理的工具，具体，通过等离子体对激光能量的吸收，导致物质加有非接触，导致的热作用区域小、速度快和精密度高热，最后物理介质发生不可逆的损伤’由于激光系等优点，被广泛应用于物质的消

5、融、钻孔、切割、焊接统的输出能量受到激光对光学器件光损伤的限制，加工等方面’用来对物质进行微加工的激光系统三十多年来，对激光导致的损伤研究一直具有很重有：,/%激光器，=>?@.A激光器，受激准分子激光要的地位’导致透明物质产生光损伤的非线性过程器等’这些激光器可以产生出从连续光直到几十飞主要是雪崩电离和多光子电离等’秒甚至更短脉宽的激光脉冲’啁啾脉冲放大技术&!+在透明绝缘体中，束缚电子的电离能比激光（,-.）使得激光脉冲可以达到宽度很短、强度很高光子能量高，物质不能线性地吸收激光能量’在激的地步，从而用

6、来对物质进行处理’根据超短脉冲光强度较低时，束缚电子也不能通过非线性光过程与物质的相互作用特点，超短脉冲激光是对物质进吸收激光能量’然而，在实际物质内总是存在一些行精密消融微加工的最有效的工具之一’自由电子，可以作为雪崩电离的“种子电子”’这些收稿日期：%**13*!3*#基金项目：中国科学院创新基金资助项目作者简介：刘青（!B#%3），男，博士生，副教授，研究成果意义及学科分类’第*期刘青等：飞秒脉冲的激光损伤及微加工!"#“种子电子”主要来源于物质的不纯性$当一个自由生电子和离子间的能量交换，快速加热离

7、子到很高电子在激光场中作简单的振动时，不能在一个振动的地步$物质直接变为气化状态$由于相互作用时间周期中吸收激光能量$只有当自由电子与束缚电子短，热传导作用区域很小$当超短脉冲光强度等于或晶格发生碰撞时，才可以吸收激光能量，此过程称或略高于损伤阈值时，热作用范围比聚焦区域更小$为“逆向忍致辐射”$种子电子通过逆向忍致辐射，可以使其动能超过束缚电子的电离势能，这种自由*啁啾脉冲放大的超快激光系统电子与分子的碰撞将导致分子发生碰撞电离，出现啁啾脉冲放大（1<=）技术是十几年前提出的，两个低动能的自由电子$这种过

8、程的重复发生，将基于1<=技术的超快激光器系统十分复杂，超快激导致自由电子密度以指数的方式增加，形成自由电光器能达到的平均功率和其复杂性是其实现工业化子的雪崩电离$当自由电子密度达到“临界密度”应用的主要障碍$现在1<=超快激光系统只能在时，将大量吸收激光能量，物质将变得不再是透明科学实验室中使用$激光增益介质是超快激光器的的$对于纳秒或更长的激光脉冲来说，临界密度约基本元件$要在谐振腔内产生一个亚皮秒的超快脉为