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激光技术与应用

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011,2(#32+*$

将热影响降到最小状态"是进行微细加工的有效工具%

!%&%’多光子吸收过程

飞秒激光的第"个特征是"聚光后光强明

显增强并能形成强电磁场%例如&,&&"6"

!&&70的脉冲"光斑直径会聚到"&"+时"光强

达到!&!)859+""而脉宽为!&/0的激光要得到同样的光强则需要,&6的能量%

若用这样的高强度激光照射绝缘体和半导

图"

用碰撞弛豫时间较短的!&40脉冲照射铜时"电子温度$;和晶格离子温度$’的时间变化%

体"则会因多光子吸收过程而使处于价电子带上的电子向传导带跃迁"使传导电子增多"从而表现出一些金属的性质%

化情况!

#$"表面加工

飞秒激光在工业领域的主要用途是切割和

!"#"$热扩散长度

飞秒激光的一大特点是能减小物质的热扩

打孔%用脉宽!40以下的超短脉冲激光加工可称为飞秒加工"这种加工几乎无热影响区%图$是用飞秒激光加工钛金属孔的实例%加,#:

工边缘清晰"几乎无熔融区域%

散区!考虑到电子温度的冷却时间"用飞秒激光脉冲照射物质表面时"其热扩散长度!#用下式表示为

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加工特性

飞秒激光加工时"光强高且加工特性比较

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$为晶格离子的加热温度%例如&其中$’#*

用飞秒激光将铜加热接近熔点#$’$$+$!,)-*$’

复杂%为了表示这一特性"用横轴表示辐射通量"用纵轴表示加工速率#见图($%通过离散实验数据求出正确阈值几乎是不可能的"因此只有根据采样处的加工特性求阈值%

!#$,"./+%尤为注意的是"用脉宽!&/0的激

光加热时"热扩散区不可忽略"此时热扩散长度!12$!3)"+"比飞秒激光长!个数量级!12$#""&’45%’$&3)"’4为脉宽%由此可见"飞秒激光能

图,用纳秒脉冲#<$和飞秒脉冲#:$加工钛金属孔的比较图%

图(精磨率与激光辐射通量的依赖关系#物质&铜"波长&%&&/+$%

光机电信息!""#$!"

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