飞秒激光器的应用
发布时间：2020-08-26 11:21
飞秒激光器是仅以千兆分之一秒左右的超短时间放光的“超短脉冲光”发生装置。飞是国际单位制词头飞托（femto）的缩写，1飞秒=1×10-15秒。所谓脉冲光是仅在一瞬间放光。照相机的闪光的发光时间是1微秒左右（即百万分之一。秒），所以飞秒的超短脉冲光只有其10亿分之一左右的时间放光。众所周知，光速是以30万千米每秒（1秒间绕地球7周半）无与伦比快的速度飞驰而过，但是在1飞秒期间连光也只不过前进了0.3微米。
通常，我们用闪光摄影能够剪下活动物体的瞬间状态。同样如果用飞秒激光器闪光，则连以剧烈速度进行化学反应的过程，都有可能看到其反应的每个片断。为此，可以使用飞秒激光器来研究化学反应之谜。
一般的化学反应是在经过能量高的中间状态，即所谓的“活性化状态”后进行。活性化状态的存在早在1889年已由化学家阿雷尼厄斯从理论上预言，但是因为是在极短瞬间存在，所以无法直接地观察。但是1980年代末通过飞秒激光器直接证明了它的存在，这是用飞秒激光器查明化学反应的一个例子。如环戊酮分子经活性化状态分解为一氧化碳与2个乙烯分子。
飞秒激光器的应用
近几年来，随着人们对生活质量要求的提高，国内的消费类电子，清洁能源，新能源汽车，生物医疗以及半导体等行业得到了蓬勃的发展。激光尤其是超快激光在这些高端智能制造领域的作用得到越来越多的体现。
飞秒激光器在切割硅晶圆方面的应用一直备受关注，因为飞秒激光脉冲的高峰值功率，可用于消融硅晶圆和其他沉积在硅晶圆表面的材料，并且对相邻组件的影响或热损伤最小。通常，这些硅晶圆预先配置了切割通道。这些通道也用于芯片分割之前的探测和测试。因此，切割通道填充有传感器和探测点。在这种情况下，飞秒光束用于去除那些附加的表面层，同时支持硅晶圆的隐形切割。由于飞秒激光脉冲在坚硬、透明蓝宝石衬底中独特的强非线性吸收，飞秒激光器也是从蓝宝石晶圆中分离出高亮度LED芯片的理想选择。
飞秒激光的超快速时间和超高峰值功率的特性，在飞秒激光器用于材料加工时，具有如此高峰值光强和极短持续时间的光脉冲与物质相互作用，能够以极快的速度将其全部能量注入到很小的作用区域，瞬间内的高能量密度沉积将使电子的吸收和运动方式发生变化，避免了激光线性吸收而导致能量转移和扩散等的影响，从而在根本上改变了激光与物质相互作用的方式，使飞秒激光加工成为具有超高精度，超高空间分辨率，以及广泛性的材料适应性的非热熔冷处理过程，开创了激光加工的崭新领域。
其实飞秒激光在非学术领域的首次大规模应用是在眼科领域。高强度飞秒脉冲，是在没有热损伤的情况下分离透明生物组织的理想工具。在用准分子激光器重塑角膜基质之前，通过飞秒激光产生角膜瓣，已经在视力矫正方面实现了商业化。
随着激光技术的发展，激光器向着更快脉冲、更高能量、更短波长的方向迈进，这给激光材料加工带来了革命性的进步。这使得超快脉冲激光器越来越得到产业界的关注。这主要体现在超快脉冲激光加工可以得到远高于长脉冲激光加工的精度，最高可以达到亚微米甚至纳米。超快脉冲激光除了可以进行材料切割打孔等基本加工之外，还能够实现材料表面的加工与改性，对透明材料内部的加工与改性，实现了其他加工方法无法实现的高精度、复杂形状元器件的加工。另外超快脉冲激光几乎可以与任何材料相互作用，可用于激光加工的材料不受限制。对于超硬、易碎、高熔点、易爆等材料的加工，更具有其他方法所无法匹敌的优势。
为了适应激光行业的发展新特光电代理的FEMTO系列激光器是一款强大的工业应用的飞秒激光器，输出功率高达30W，脉冲能量达160uJ以上，非常适合高精密高质量的微加工应用。脉冲可达800 fs（典型值为600fs），其重复频率可调范围从100 kHz 到1MHz。该灵活特性使FEMTO激光器可以满足工业上高性能和高能量的应用要求。
