飛秒激光器的應(yīng)用
發(fā)布時(shí)間：2020-08-26 11:21
飛秒激光器是僅以千兆分之一秒左右的超短時(shí)間放光的“超短脈沖光”發(fā)生裝置。飛是國(guó)際單位制詞頭飛托（femto）的縮寫，1飛秒=1×10-15秒。所謂脈沖光是僅在一瞬間放光。照相機(jī)的閃光的發(fā)光時(shí)間是1微秒左右（即百萬(wàn)分之一。秒），所以飛秒的超短脈沖光只有其10億分之一左右的時(shí)間放光。眾所周知，光速是以30萬(wàn)千米每秒（1秒間繞地球7周半）無(wú)與倫比快的速度飛馳而過(guò)，但是在1飛秒期間連光也只不過(guò)前進(jìn)了0.3微米。
通常，我們用閃光攝影能夠剪下活動(dòng)物體的瞬間狀態(tài)。同樣如果用飛秒激光器閃光，則連以劇烈速度進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程，都有可能看到其反應(yīng)的每個(gè)片斷。為此，可以使用飛秒激光器來(lái)研究化學(xué)反應(yīng)之謎。
一般的化學(xué)反應(yīng)是在經(jīng)過(guò)能量高的中間狀態(tài)，即所謂的“活性化狀態(tài)”后進(jìn)行。活性化狀態(tài)的存在早在1889年已由化學(xué)家阿雷尼厄斯從理論上預(yù)言，但是因?yàn)槭窃跇O短瞬間存在，所以無(wú)法直接地觀察。但是1980年代末通過(guò)飛秒激光器直接證明了它的存在，這是用飛秒激光器查明化學(xué)反應(yīng)的一個(gè)例子。如環(huán)戊酮分子經(jīng)活性化狀態(tài)分解為一氧化碳與2個(gè)乙烯分子。
飛秒激光器的應(yīng)用
近幾年來(lái)，隨著人們對(duì)生活質(zhì)量要求的提高，國(guó)內(nèi)的消費(fèi)類電子，清潔能源，新能源汽車，生物醫(yī)療以及半導(dǎo)體等行業(yè)得到了蓬勃的發(fā)展。激光尤其是超快激光在這些高端智能制造領(lǐng)域的作用得到越來(lái)越多的體現(xiàn)。
飛秒激光器在切割硅晶圓方面的應(yīng)用一直備受關(guān)注，因?yàn)轱w秒激光脈沖的高峰值功率，可用于消融硅晶圓和其他沉積在硅晶圓表面的材料，并且對(duì)相鄰組件的影響或熱損傷最小。通常，這些硅晶圓預(yù)先配置了切割通道。這些通道也用于芯片分割之前的探測(cè)和測(cè)試。因此，切割通道填充有傳感器和探測(cè)點(diǎn)。在這種情況下，飛秒光束用于去除那些附加的表面層，同時(shí)支持硅晶圓的隱形切割。由于飛秒激光脈沖在堅(jiān)硬、透明藍(lán)寶石襯底中獨(dú)特的強(qiáng)非線性吸收，飛秒激光器也是從藍(lán)寶石晶圓中分離出高亮度LED芯片的理想選擇。
飛秒激光的超快速時(shí)間和超高峰值功率的特性，在飛秒激光器用于材料加工時(shí)，具有如此高峰值光強(qiáng)和極短持續(xù)時(shí)間的光脈沖與物質(zhì)相互作用，能夠以極快的速度將其全部能量注入到很小的作用區(qū)域，瞬間內(nèi)的高能量密度沉積將使電子的吸收和運(yùn)動(dòng)方式發(fā)生變化，避免了激光線性吸收而導(dǎo)致能量轉(zhuǎn)移和擴(kuò)散等的影響，從而在根本上改變了激光與物質(zhì)相互作用的方式，使飛秒激光加工成為具有超高精度，超高空間分辨率，以及廣泛性的材料適應(yīng)性的非熱熔冷處理過(guò)程，開(kāi)創(chuàng)了激光加工的嶄新領(lǐng)域。
其實(shí)飛秒激光在非學(xué)術(shù)領(lǐng)域的首次大規(guī)模應(yīng)用是在眼科領(lǐng)域。高強(qiáng)度飛秒脈沖，是在沒(méi)有熱損傷的情況下分離透明生物組織的理想工具。在用準(zhǔn)分子激光器重塑角膜基質(zhì)之前，通過(guò)飛秒激光產(chǎn)生角膜瓣，已經(jīng)在視力矯正方面實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。
隨著激光技術(shù)的發(fā)展，激光器向著更快脈沖、更高能量、更短波長(zhǎng)的方向邁進(jìn)，這給激光材料加工帶來(lái)了革命性的進(jìn)步。這使得超快脈沖激光器越來(lái)越得到產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注。這主要體現(xiàn)在超快脈沖激光加工可以得到遠(yuǎn)高于長(zhǎng)脈沖激光加工的精度，最高可以達(dá)到亞微米甚至納米。超快脈沖激光除了可以進(jìn)行材料切割打孔等基本加工之外，還能夠?qū)崿F(xiàn)材料表面的加工與改性，對(duì)透明材料內(nèi)部的加工與改性，實(shí)現(xiàn)了其他加工方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)的高精度、復(fù)雜形狀元器件的加工。另外超快脈沖激光幾乎可以與任何材料相互作用，可用于激光加工的材料不受限制。對(duì)于超硬、易碎、高熔點(diǎn)、易爆等材料的加工，更具有其他方法所無(wú)法匹敵的優(yōu)勢(shì)。
為了適應(yīng)激光行業(yè)的發(fā)展新特光電代理的FEMTO系列激光器是一款強(qiáng)大的工業(yè)應(yīng)用的飛秒激光器，輸出功率高達(dá)30W，脈沖能量達(dá)160uJ以上，非常適合高精密高質(zhì)量的微加工應(yīng)用。脈沖可達(dá)800 fs（典型值為600fs），其重復(fù)頻率可調(diào)范圍從100 kHz 到1MHz。該靈活特性使FEMTO激光器可以滿足工業(yè)上高性能和高能量的應(yīng)用要求。
