每個人都熟悉激光加工，但你能分辨出你經常聽到的納秒激光、皮秒激光、飛秒激光等嗎？

▌ 先搞清楚時間單位的轉換

1ms (毫秒)=0.001秒=10-3秒 

1μs (微秒)=0.000001=10-6秒 1ns (納秒)=0.0000000001秒=10-9秒 1ps (皮秒)=0.0000000000001秒=10-12秒 1fs (飛秒)=0.000000000000001秒=10-15秒 

通過了解時間單位，我們知道飛秒激光是一種極其超短脈沖的激光加工。近十年來，超短脈沖激光加工技術發(fā)展迅速。

▌ 超短脈沖激光的意義

人們很早就嘗試使用激光進行微加工。然而，由于激光的長脈沖寬度和低激光強度，材料熔化并持續(xù)蒸發(fā)。雖然激光束可以聚焦成小光點，但對材料的熱沖擊仍然很大，限制了加工精度。只有減少熱影響，才能提高加工質量。

當激光以皮秒量級脈沖時間作用于材料時，加工效果會發(fā)生顯著變化。高功率密度足以剝離外層電子，因為脈沖能量急劇上升。由于激光和材料之間的相互作用時間很短，離子在將能量傳遞到周圍材料之前已經從材料表面被燒蝕，不會對周圍材料產生熱影響，因此也被稱為冷加工。短和超短脈沖激光器以冷加工的優(yōu)點進入工業(yè)生產應用。

長脈沖激光加工 VS 超短脈沖

超短脈沖加工能量迅速注入小作用區(qū)域，瞬時高能密度沉積改變了電子吸收和運動模式，避免了激光線性吸收、能量轉移和擴散的影響，從根本上改變了激光與物質的相互作用機制。

長脈沖激光加工后的部分

超快激光脈沖加工后的部分

▌ 廣泛應用于激光加工

激光加工包含高功率切割、焊接；微加工之鉆孔、劃線、切割、紋理、剝除、隔離等，各種激光加工手段的主要用途有：

1. 鉆孔

在電路板設計中，人們開始用陶瓷基底代替?zhèn)鹘y(tǒng)的塑料基底，以達到更好的導熱效果。為了連接電子元件，通常需要在板上鉆數(shù)十萬個μm等級小孔。因此，在鉆孔過程中，保證基底的穩(wěn)定性不受熱輸入的影響變得非常重要。皮秒激光是該應用的理想工具。

皮秒激光可以沖擊鉆孔，保證孔的均勻性。除電路板外，皮秒激光還可以優(yōu)質鉆孔塑料薄膜、半導體、金屬薄膜和藍寶石。

100μm不銹鋼薄片，鉆孔，3.3ns vs 200fs ，燒蝕閾值附近有1萬個脈沖：

2. 劃線，切割

通過掃描的方式疊加激光脈沖可以形成線。通常要通過大量的掃描可以深入到陶瓷內部，直到線的深度達到材料厚度的 1/6。然后沿著這些刻線從陶瓷基底分離單個模塊。這種分離方法稱為劃線。

另一種分離方法是使用超短脈沖激光燒蝕切割，也稱為消融切割。激光燒蝕材料，去除材料，直到它被切割。該技術的優(yōu)點是加工孔的形狀和尺寸更靈活。所有的工藝步驟都可以通過皮秒激光器完成。

聚碳酸酯材料上皮秒激光和納秒激光的劃線效果不同。

3. 線燒蝕(去除涂層)

另一種常被視為微加工的應用是在不損壞或輕微損壞基材的情況下準確去除涂層。燒蝕可以是幾微米寬的線，也可以是幾平方厘米的大面積去除。

由于涂層的厚度通常遠小于燒蝕的寬度，因此熱量不能在側面?zhèn)鬟f。因此，激光可以使用納秒脈沖寬度。

高平均功率激光、方形或矩形傳導光纖和平頂光強分布的結合使激光表面燒蝕應用于工業(yè)領域。例如：使用快速公司 TruMicro 7060 激光器去除薄膜太陽能電池玻璃上的涂層。同樣的激光器也可以用來去除汽車工業(yè)中的耐腐蝕涂層，為后續(xù)焊接做準備。

4. 表面結構化

結構化可以改變材料表面的物理特性。根據荷花效應，疏水性表面結構使水從表面流出。用超短脈沖激光器在表面創(chuàng)建亞微米結構可以實現(xiàn)這一特性，并通過改變激光參數(shù)準確控制要創(chuàng)建的結構。

相反的效果，如親水性表面，也可以實現(xiàn)，微加工也可以創(chuàng)造更大的結構。這些過程可用于發(fā)動機中的油箱，以減少磨損，或在金屬表面與塑料焊接。

5. 雕刻成型

雕刻成型是通過燒蝕材料創(chuàng)造三維形狀。雖然燒蝕的尺寸可能超過傳統(tǒng)意義上的微加工范圍，但它所需的精度仍然分為這種激光應用領域。皮秒激光可用于加工銑床的多晶金剛石工具邊緣。

激光是加工多晶金剛石的理想工具，多晶金剛石是可以制作銑刀刀刃的極為堅硬的材料。使用雕刻成型技術來加工銑刀的切屑槽和齒，這種情形下激光的好處是非接觸和高加工精度。

微加工具有廣闊的應用前景，越來越多的日用品通過激光微加工進入我們的視野。

激光加工是一種無接觸式加工，具有后續(xù)工藝少、可控性好、易于集成、加工效率高、材料損耗小、環(huán)境污染低等顯著優(yōu)點廣泛應用于汽車、電子、電器、航空、冶金、機械制造等行業(yè)，對提高產品質量、勞動生產率、自動化程度、減少材料消耗起著越來越重要的作用。