超快激光器是什么？皮秒飛秒激光在工業(yè)加工上有哪些優(yōu)勢(shì)？
超快激光器是指輸出激光脈沖寬度在皮秒(10-12s)級(jí)或小于皮秒級(jí)的脈沖激光器激光根據(jù)能量輸出波形進(jìn)行分類(lèi)的一種。激光有多種分類(lèi)方法，其中最常用的分類(lèi)方法有四種，包括工作能量輸出波形(工作模式)。輸出波長(zhǎng)(顏色)。根據(jù)功率大小進(jìn)行分類(lèi)。
時(shí)間域：1ns=10-9s，1ps=10-12s，1fs=10-15s；
空間域：1fs內(nèi)，光在真空中的距離為3×10-10m，即0.3μm；
DPSS.光纖；
氣體激光器：CO2.Excimer.CO.N2；
超快激光鎖模技術(shù)的發(fā)展：
飛秒激光真的是冷加工嗎？
不一定，這與參數(shù)有關(guān)。
材料加工的基本原理是工具與加工材料的化學(xué)鍵強(qiáng)度之間的競(jìng)爭(zhēng)。上圖顯示了長(zhǎng)脈沖激光和飛秒激光，它們處于同一材料加工的不同狀態(tài)。能量在粒子.原子.分子之間的傳輸，根據(jù)強(qiáng)度的不同，傳輸時(shí)間在納秒和十幾秒之間，這決定了飛秒激光加工幾乎是冷加工。
上圖顯示了光譜物理在切割有機(jī)心血管支架時(shí)使用飛秒激光器的實(shí)驗(yàn)。右圖顯示綠色區(qū)域，即無(wú)熱影響區(qū)域，紅色區(qū)域?yàn)闊嵊绊憛^(qū)域。水平坐標(biāo)為頻率，垂直坐標(biāo)為重疊率。圖表顯示，即使在一定時(shí)間內(nèi)注入飛秒激光，更多的能量，即在頻率增加后，仍會(huì)產(chǎn)生左圖表示的熱影響區(qū)域，甚至材料熔化。
用于PCD.OLED.脆性材料。
PCD加工精密切割刀。
超硬材料(Superhardmaterial)是指硬度特別高的材料，可分為天然材料和人造材料。PCD.CVD等超硬材料通常用作精密切割工具，需要非常靈活的技術(shù)進(jìn)行精密加工。加工工藝產(chǎn)量高；高質(zhì)量:形狀可控。表面粗糙度低(0.1μm)；熱影響區(qū)小。飛秒激光熱影響小，無(wú)磨損。無(wú)應(yīng)力。靈活的幾何形狀與材料無(wú)關(guān)。
在速度方面，下圖為用100W功率的Spirit1030-100激光器切割0.2mm厚的PCD材料，切割速度>6mm/s，材料去除率6mm3/min。
下圖為切割0.5mmPCD，顯微圖像為20倍和50倍，切割速度可達(dá)1.2mm/s，切割邊緣非常光滑。
與傳統(tǒng)的加工工藝相比，超快脈沖激光加工工具的邊緣遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他工藝。
OLED材料。
隨著柔性電子產(chǎn)品的興起，OLED等柔性基材對(duì)加工工藝也提出了更高的要求。
對(duì)于柔性基材，需要具備：
柔性：剛度vs厚度；
機(jī)械.化學(xué).幾何穩(wěn)定性；
耐化學(xué)腐蝕；
氧，濕透性低；
表面粗糙度和透光率(用于底部發(fā)光體)。
沒(méi)有一種材料能同時(shí)滿(mǎn)足所有要求，因此需要多層或復(fù)合材料。可用于OLED的聚合物材料包括PET(聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯).PC(聚碳酸酯).PI(聚酰亞胺.卡普頓).PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯).PES(聚醚硫)。超快激光器的加工能力與材料無(wú)關(guān)，加工后材料特性不會(huì)改變。
如下圖所示，聚亞酰胺和聚酯材料分別用100Wfsspirit加工，切割速度分別為>800mm/s和>1200mm/s。
聚亞酰胺(左)用100W切割聚亞酰胺(左)，用100Wfspirit加工聚酯材料(右)
皮秒激光器在工業(yè)加工中的應(yīng)用。
以下應(yīng)用以Spectra-Physics-MKSICEFyreTM1064-50A加工為例。
氧化鋁劃線.切割。
熱影響區(qū)很小，甚至沒(méi)有。
切割200μm厚氧化鋁陶瓷20mm/s。
在不完全優(yōu)化的情況下。
薄玻璃鉆孔
康寧Willow玻璃，厚度~200μm，孔徑10mm。
切割時(shí)間：2.5s。
側(cè)壁粗糙度RA1μm。
切割藍(lán)寶石片。
厚度=375，直徑=5mm，切割時(shí)間：6.5s。
厚度=150m，直徑=5mm，切割時(shí)間：~1.5s，側(cè)壁粗糙度Ram1.5μm。
在犧牲一定速度的情況下，可達(dá)到較低的粗糙度0.5-1μm。
0.5mm厚非化學(xué)強(qiáng)化玻璃。
優(yōu)化參數(shù)后，左下顯微圖像顯示側(cè)壁質(zhì)量。
右側(cè)三維圖顯示側(cè)壁粗糙度很小，Ra~0.66μm。
當(dāng)速度為1m/s時(shí)。
皮秒TimeShift技術(shù)的優(yōu)點(diǎn):2-4個(gè)子脈沖脈沖串能達(dá)到最佳切割效果。
0.7mm厚非化學(xué)強(qiáng)化玻璃。
顯微圖顯示0.7mm厚非化學(xué)強(qiáng)化玻璃，速度為1000mm/s時(shí)，用IceFyre1064-50激光切割(子脈沖數(shù)為2)。
左邊是激光入射面，中間是出射面裂片后的圖片。切割結(jié)果:一致性好，邊緣崩邊小(出射面質(zhì)量類(lèi)似入射面)。
右圖為側(cè)壁圖，整側(cè)自上而下的粗糙度非常一致，粗糙度Ra值在~0.5-0.6μm之間。
紫外皮秒激光器。
柔性印刷電路板(FPC).純LCP。
LCP(液晶聚合物)用于自由射頻電路(5g手機(jī)).高速數(shù)據(jù)傳輸(USB3.0)
與當(dāng)前納秒DPSS355nm激光切割工藝相比。
挑戰(zhàn)：熱效應(yīng)和切割速度。
基于皮秒TimeShit技術(shù)的工藝對(duì)提高速度非常有益。
在應(yīng)用領(lǐng)域，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，超快激光將引領(lǐng)眼科手術(shù)、皮膚美容、紋身、頭發(fā)等激光美容；在材料加工行業(yè)，由于、沖孔、材料去除、光刻、3D打印，特別是微加工；超快激光適用于脆性透明材料、超硬材料、貴金屬等。
