飞秒激光加工的主要特点与优势是什么

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　　飞秒激光与非金属材料作用时，在吸收了激光的光子能量后电子将产生复杂的变化过程，在初始阶段会产生极短的相位离散并在这个极短的时间内产生相干极化现象，此阶段虽然存在相位离散但是其能量的分布状态不会改变，此后的演化过程与金属材料相似。

　　通过吸收光子能量的电子状态发生了改变，可以是单光子共振跃迁、双光子或者多光子跃迁等。材料对光子的吸收是线性与非线性相结合的，由于非线性吸收会随着激光能量密度的增加而增大，飞秒激光在极小的脉冲宽度内拥有极高的脉冲能量，因此飞秒激光与材料相互作用以非线性吸收为主。

　　以下为飞秒激光加工的主要的特点与优势：

　　非热熔性加工

      飞秒激光与薄膜材料的相互作用过程与通常的激光加工过程类似，实际上就是激光能量传递到材料内部的一个过程。激光首先将脉冲能量通过光子将能量传递给电子，使电子原有的稳态由于激光能量的注入改变了状态，电子通过声子在极短的时间内将能量传递给晶格并转化为晶格的部分动能。如果脉冲持续时间足够长，热量会在晶格间传递以达到热扩散的结果，进而达到材料的熔点与沸点，最后实现材料从本体去除的目的。

　　但飞秒激光与长脉冲激光的本质区别在于其脉冲持续的时间在飞秒量级，远小于热扩散的时间，并且将激光的脉冲能量压缩到飞秒量级的脉冲具有极高的峰值功率，可以使材料在极短的时间内汽化，汽化区域会产生温度极高且密度较大的等离子体区域。材料表面由于汽化的材料和等离子体的高温、高压会在材料己加工区域迅速膨胀，使材料破坏与断裂将蚀除材料去除并带走大量的热，可以获得比长脉冲激光更高的加工精度，飞秒激光的“冷”加工方式可以使激光脉冲能量更高，提高加工效率。

      可以观察到飞秒激光加工区域边缘清晰，整体形状规则且圆滑，相同材料纳秒激光加工孔内存在碎屑且微孔外边缘有同心圆波纹存在。 加工材料广泛 飞秒激光相对于其他脉冲激光相比具有更高的瞬时功率，极高的功率作用在材料表面，透明材料电子密度会呈指数形式上升实现雪崩电离，对透明材料造成损伤。

　　同时飞秒激光对金属材料、陶瓷、高硬度材料和半导体材料等的作用方式也是以非线性吸收为主，因此可以实现普通激光无法完成的修复与加工。 准确的材料烧蚀阈值，完成精密加工 飞秒激光与材料相互作用时，材料的损伤区域可以突破激光的衍射极限实现小于光斑尺寸的微加工。在材料烧蚀方面其呈现高斯分布的能量密度，极大部分的能量聚集在光斑中心位置，控制激光的能量可以实现光斑中心区域的蚀除而不对周围材料造成破坏，相同激光参数试验可以重复完成多次而不改变加工结果表面质量。

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　　编辑：黄飞