什么是飞秒激光？

1、简介

飞秒（Femtosecond,fs）又称为毫微秒，为10^-15s。飞秒激光以脉冲形式运转，持续时间一般只有10-100fs，是目前技术水平下所能获得的最短脉冲。正因如此，飞秒激光一经诞生，便被广泛应用于物理、生物、化学等领域中的微观过程，从而发现了许多新的超快现象。

2、特点

脉冲宽度极短：脉冲宽度指激光功率维持在一定值时所持续的时间。飞秒激光的持续时间只有几个飞秒，是目前实验室条件下所能获得的最短脉冲技术手段，比利用电子学方法所获得的最短脉冲要短几千倍。

脉冲峰值功率极高：飞秒激光的峰值功率是指脉冲持续时间内所具有的瞬时功率。由于持续时间极短，因此即使在能量很小的情况下，其瞬时功率可达百万亿瓦，比目前全世界发电总功率还要多出百倍，是未来能源的选择之一。

覆盖频谱范围极广：一个脉冲宽度数十飞秒的脉冲可包含高达数百万个频谱成分，相当于上百万个具有不同中心波长的保持相等频率间隔的连续波（CW）激光器，飞秒激光的这一特定性在计量标准和精密测量中获得了重大应用。

3、发展历程

飞秒激光在历史上经历了三个发展阶段，从最初的染料激光到蓝宝石激光器，再到最新的光子晶体光纤激光器，总共经历了40年的发展历程。随着技术的发展，飞秒激光的脉宽越来越短，脉冲的峰值功率越来越大，并且从实验室逐渐走向了工业应用。

4、应用领域

由于飞秒激光具有脉冲宽度极短、峰值功率极高以及覆盖频谱范围极广的特点，导致其在精微加工方面具备许多传统工艺不具有的优良特性。极短的脉宽，能在瞬间产生极高的功率，因此不会产生多余的热量，从而避免了加工过程中产生的材料开裂、破损、融化等现象，进而得到非常优质的加工效果，这对于玻璃、蓝宝石等脆性材料的精微加工尤为重要。正是由于飞秒激光的种种优良特性，导致其在工业生产领域的应用日益广泛。具体而言，有以下几点：

异形屏幕切割：传统的手机屏幕大多采用直角，该种屏幕制作相对简单，所需技术水平也相对较低。然而随着人们对全屏手机日益追捧，如若仍采用直角，容易导致屏幕易碎，因此有必要对屏幕进行异形切割：目前手机屏幕仍以LCD屏幕为主，该种屏幕以玻璃为基板，不仅硬度大，而且较为脆弱，不适宜用传统切割方法进行精细加工。随着飞秒激光直割技术的出现，由于其采用高功率光束进行切割，具有精度高、切割效果好、不损伤材质等众多优点，从而解决的传统工艺的不足。

脆性材料微精细加工：飞秒激光的三大特点决定了其可以广泛用于加工各种脆弱性和高性能材料，如玻璃、蓝宝石、陶瓷等。由于飞秒激光将光束集中到超细微空间，因此加工过程中可以避免材料产生裂缝，且加工的孔径具有光滑的内壁，更大程度的减少了表面碎屑的产生。此外飞秒激光还可以用于多种材料内部的微型加工、蚀刻，做到了加工的超精细。

• 近视手术：在医疗领域，由于飞秒激光脉宽极短、功率极高，因此作用期间不会产生多余的热量，从而大大减少了患者的疼痛感以及额外损伤。飞秒激光技术在医疗领域目前运用的最为成熟的便是治疗近视，利用飞秒激光制作的角膜瓣的度控制在10微米以内，大大高于传统板刀层的度，且有效避免了用金属刀制作角膜瓣容易引发的手术并发症，提高了手术的安全性。

• 薄型材料的去除：随着半导体材料的不断发展，集成电路日益微型化和复杂化，从而要求加工工艺不断精细化，传统制造工艺的局限性日益凸显。例如半导体晶圆的厚度持续变薄，尺寸不断缩小，加工难度也在逐渐攀升。飞秒激光技术将光束高度聚集，同时具有极短的激光脉冲和极高的峰值功率，因此能够在不影响底层材料的情况下切除极薄的一层材料，从而实现材料的加工品质和精度。

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