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？
超快激光器是指輸出激光脈沖寬度在皮秒(10-12s)級或小于皮秒級的脈沖激光器激光根據(jù)能量輸出波形進(jìn)行分類的一種。激光有多種分類方法，其中最常用的分類方法有四種，包括工作能量輸出波形(工作模式)。輸出波長(顏色)。根據(jù)功率大小進(jìn)行分類。
時間域：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)鍵強度之間的競爭。上圖顯示了長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)強度的不同，傳輸時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心血管支架時使用飛秒激光器的實驗。右圖顯示綠色區(qū)域，即無熱影響區(qū)域，紅色區(qū)域為熱影響區(qū)域。水平坐標(biāo)為頻率，垂直坐標(biāo)為重疊率。圖表顯示，即使在一定時間內(nèi)注入飛秒激光，更多的能量，即在頻率增加后，仍會產(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，無磨損。無應(yīng)力。靈活的幾何形狀與材料無關(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等柔性基材對加工工藝也提出了更高的要求。
對于柔性基材，需要具備：
柔性：剛度vs厚度；
機械.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)。
沒有一種材料能同時滿足所有要求，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關(guān)，加工后材料特性不會改變。
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，切割時間：6.5s。
厚度=150m，直徑=5mm，切割時間：~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。
皮秒TimeShift技術(shù)的優(yōu)點:2-4個子脈沖脈沖串能達(dá)到最佳切割效果。
0.7mm厚非化學(xué)強化玻璃。
顯微圖顯示0.7mm厚非化學(xué)強化玻璃，速度為1000mm/s時，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).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。
