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(gè)限定的區(qū)域，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)材料的冷加工。目前，在材料微加工中，對(duì)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(huì)產(chǎn)生沖擊波，這樣就有效的避免了加工過程對(duì)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(duì)這項(xiàng)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(gè)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?cè)絹碓疥P(guān)注對(duì)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(xiàng)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(zhǎng)，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(duì)材料進(jìn)行加工時(shí)，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(gè)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(gè)過程中，材料中的電子會(huì)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(duì)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(duì)材料進(jìn)行微加工的整個(gè)過程中起脈沖的超高峰值都保證了材料對(duì)激光的多光子吸收。在這個(gè)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(gè)過程對(duì)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(shí)，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(duì)整體材料的有效加工。

2.2 飛秒激光微加工的精確性

在對(duì)材料進(jìn)行飛秒激光微加工的過程中，其能夠在較短的時(shí)間內(nèi)對(duì)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(gè)明顯的下降趨勢(shì)，在這個(gè)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(duì)周圍材料造成的嚴(yán)重影響，有效的避免了對(duì)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(shí)間比較短，在整個(gè)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(zhǎng)的時(shí)間，也不會(huì)對(duì)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(duì)材料的加工過程中，筆者將材料微加工中對(duì)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(duì)金屬材料進(jìn)行加工的過程中，由于長(zhǎng)脈沖激光有機(jī)槍的熱擴(kuò)散性，會(huì)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(gè)過程中，激光微加工的范圍也會(huì)逐漸縮小，不會(huì)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(huì)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(duì)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(duì)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(duì)存在的缺陷進(jìn)行修改和彌補(bǔ)。在對(duì)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(duì)襯底的材料造成損傷，也不能對(duì)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(shí)，也不能對(duì)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(shí)際上是比較復(fù)雜的。采用飛秒激光技術(shù)對(duì)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(duì)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(duì)飛秒激光技術(shù)的應(yīng)用

透明材料加工的過程中，可能會(huì)對(duì)材料造成損傷和裂紋，這也是透明材料加工過程中的一個(gè)重要的難題。利用飛秒激光材料對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)周圍的材料造成損傷，這樣就會(huì)降低材料的性能。使用飛秒激光技術(shù)進(jìn)行加工，會(huì)使得加工的熱影響有效的降低，也會(huì)避免對(duì)周圍材料造成損傷，且不會(huì)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(duì)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。

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作者簡(jiǎn)介

周國(guó)棟（1995-），男，四川省宜賓市人?，F(xiàn)為邵陽學(xué)院2014級(jí)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