材料微加工中飛秒激光的應(yīng)用分析

飛秒激光能夠利用超高速的速度將能量集中在一個限定的區(qū)域，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)對材料的冷加工。目前，在材料微加工中，對飛秒激光的應(yīng)用已經(jīng)變得十分廣泛，其在加工的過程中不會產(chǎn)生沖擊波，這樣就有效的避免了加工過程對材料造成的損傷，極大的提高了材料加工的質(zhì)量。因此，飛秒激光技術(shù)已經(jīng)在材料微加工中得到了廣泛的應(yīng)用，筆者對這項技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了必要分析。

【關(guān)鍵詞】材料微加工；飛速激光；應(yīng)用

上個世紀(jì)中期，激光器應(yīng)運(yùn)而生，激光器的產(chǎn)生，使得人們越來越關(guān)注對激光的應(yīng)用。在材料加工中使用激光，能夠利用激光的特性完成加工過程，這樣不僅有效的滿足了材料加工的各項需求，還使得激光技術(shù)越來越得到人們的認(rèn)可。隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展與成長，飛秒激光也被廣泛的應(yīng)用在材料微加工當(dāng)中，這種技術(shù)在未來也擁有廣闊的應(yīng)用前景。

1 飛秒激光技術(shù)的加工原理

飛秒激光加工中，材料能夠得到必要的調(diào)整和修復(fù)，飛秒加工能夠收到良好的加工效果。在利用飛秒激光技術(shù)來對材料進(jìn)行加工時，材料中的電子能夠獲得來自激光中的能力，并在一定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行聚積和作用，這樣就使得這個區(qū)域內(nèi)的溫度有了顯著的上升，并使得區(qū)域內(nèi)的溫度超過了材料融化的溫度值，這樣就使得材料和物質(zhì)處在了一種高溫狀態(tài)下。在這個過程中，材料中的電子會不斷的發(fā)生膨脹，使得作用區(qū)域內(nèi)部的材料等離子去除，這就有效的完成了飛秒激光對材料的加工。

2 飛秒激光進(jìn)行材料微加工的主要特征

2.1 飛秒激光加工材料具有廣泛性

飛秒激光對材料進(jìn)行微加工的整個過程中起脈沖的超高峰值都保證了材料對激光的多光子吸收。在這個過程中，進(jìn)行的不是共振方式的吸收，而是提高了飛秒激光的強(qiáng)度。多光子吸收的整個過程對材料中的原子的特性都造成了重要的影響，這與材料中的電子的濃度都有著非常密切的聯(lián)系。所以，在進(jìn)行飛秒激光微加工時，其加工材料是具有廣泛性的，這樣才能夠?qū)Σ牧线M(jìn)行精細(xì)的加工與修復(fù)，也才能夠完成對整體材料的有效加工。

2.2 飛秒激光微加工的精確性

在對材料進(jìn)行飛秒激光微加工的過程中，其能夠在較短的時間內(nèi)對材料進(jìn)行有效的作用，這樣就能夠有效的擴(kuò)散激光加工的影響。使得作用區(qū)域的溫度有一個明顯的下降趨勢，在這個過程中，材料的溫度能夠恢復(fù)到激光微加工作用之前，這樣就減少了加工過程中對周圍材料造成的嚴(yán)重影響，有效的避免了對材料造成的損傷，這樣的加工過程的精準(zhǔn)性有了很大程度的提高，也是嚴(yán)格意義上的“冷加工”。

2.3 飛秒激光微加工過程中的能量損耗比較低

在進(jìn)行飛秒微加工的過程中，這種加工方式的時間比較短，在整個加工的過程中，材料中的能力有了高度的集中，這樣飛秒激光加工就能夠?qū)⒚}沖能量控制在一定范圍內(nèi)，這樣就大大降低了加工過程中的能量消耗，節(jié)約了大量的能量。

3 材料微加工中飛秒激光的應(yīng)用分析

由于飛秒激光加工具有獨(dú)特性，且能夠持續(xù)較長的時間，也不會對加工材料造成損傷，所以，飛秒微加工已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在對材料的加工過程中，筆者將材料微加工中對飛秒激光加工的應(yīng)用進(jìn)行了如下分析：

3.1 飛秒激光在金屬材料加工中的應(yīng)用

在對金屬材料進(jìn)行加工的過程中，由于長脈沖激光有機(jī)槍的熱擴(kuò)散性，會使得激光輻照的區(qū)域出現(xiàn)大范圍的飛濺現(xiàn)象，這樣就使得加工的邊緣不夠清晰，也在一定程度上降低了加工工作的精確度。在這個過程中，激光微加工的范圍也會逐漸縮小，不會再出現(xiàn)凝固的痕跡，提高了飛秒激光微加工的精度，使得金屬材料得到了有效的微加工，也使得加工出來的零件的精密性有了顯著的增強(qiáng)，零件精密性的增強(qiáng)，能夠使設(shè)備制造會使用到高質(zhì)量的零件，也就促進(jìn)了制造業(yè)的有效發(fā)展。

3.2 薄膜材料加工中對飛秒激光技術(shù)的應(yīng)用

在進(jìn)行薄膜加工的過程中，經(jīng)常使用到的技術(shù)是光掩膜微電子制造技術(shù)，但是這樣技術(shù)的成本是非常高的，對光掩膜的制備也是非常復(fù)雜的，需要經(jīng)過多部工藝進(jìn)行植被，并需要對存在的缺陷進(jìn)行修改和彌補(bǔ)。在對薄膜材料進(jìn)行加工的過程中，需要遵循一定的原則：不能對襯底的材料造成損傷，也不能對薄膜周圍的區(qū)域造成影響，進(jìn)而影響到薄膜的質(zhì)量，同時，也不能對薄膜的襯底的透明性造成影響，在加工的過程中，還應(yīng)該將最小尺度的缺陷進(jìn)行去除，因此，薄膜材料的加工實際上是比較復(fù)雜的。采用飛秒激光技術(shù)對薄膜材料進(jìn)行加工，能夠利用其自身的最小尺度和最小熱度，來降低對薄膜材料襯底層造成的影響，這樣就為薄膜材料的微加工提供了充足的條件。

3.3 透明材料微加工中對飛秒激光技術(shù)的應(yīng)用

透明材料加工的過程中，可能會對材料造成損傷和裂紋，這也是透明材料加工過程中的一個重要的難題。利用飛秒激光材料對透明材料進(jìn)行加工，其熱影響區(qū)域比較小，這樣就能夠?qū)⑵涓玫膽?yīng)用在加工過程中，也能夠避免對這些透明材料造成嚴(yán)重的損傷；使用這種加工技術(shù)加工出來的透明材料，其邊緣比較清晰，也沒有熔化和飛濺的痕跡。

3.4 高分子材料加工對飛秒激光技術(shù)的應(yīng)用

高分子材料在加工的過程中，很容易對周圍的材料造成損傷，這樣就會降低材料的性能。使用飛秒激光技術(shù)進(jìn)行加工，會使得加工的熱影響有效的降低，也會避免對周圍材料造成損傷，且不會降低材料的性能。所以，利用飛秒激光技術(shù)來加工高分子材料也能收到一定的效果。

4 結(jié)語

總而言之，隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，材料微加工中已經(jīng)將飛秒激光技術(shù)逐漸廣泛的應(yīng)用其中。這樣不僅避免對材料本身造成損傷，也能夠提高材料加工的性能，并將這些材料廣泛的應(yīng)用在電子、生物和醫(yī)學(xué)等諸多領(lǐng)域中。

參考文獻(xiàn)

[1]王欽鑫.整形飛秒激光精密微加工技術(shù)研究[D].長春：吉林大學(xué)，2016.

[2]賈曰辰.介電晶體通道光波導(dǎo)的制備及其激光與二次諧波產(chǎn)生[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2015.

[3]高勝淼.飛秒激光制備硅基微結(jié)構(gòu)的研究[D].曲阜：曲阜師范大學(xué)，2014.

[4]周廣福.基于飛秒激光的光纖微加工基礎(chǔ)研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2013.

[5]李毅.高重復(fù)頻率飛秒激光微納加工中熱效應(yīng)的研究及應(yīng)用[D].天津：天津大學(xué)，2012.

作者簡介

周國棟（1995-），男，四川省宜賓市人?，F(xiàn)為邵陽學(xué)院2014級物理專業(yè)就讀大學(xué)本科學(xué)生。

作者單位

邵陽學(xué)院 湖南省邵陽市 422000