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微加工领域之超短脉冲激光器的介绍
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2017-11-13
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在微加工领域，短脉冲、尤其是超短脉冲激光器正在取代传统的加工方法。对于超短脉冲激光器，得益于其冷烧蚀特性，因此其对所要加工的材料几乎没有任何限制。
在冷烧蚀过程中，材料的去除本质上只能通过化学键断裂来实现，因此其产生的热影响仅限于几微米的区域，并且相应的变形也最小。不幸的是，超短脉冲激光器的烧蚀速率仍然非常低，进而限制了其在工业领域的广泛应用。
金属材料的烧蚀阈值在 0.2J/cm2 的范围内，而玻璃和陶瓷的烧蚀阈值则在几个 J/cm2 的范围内。为了提高去除速率，可以使用具有较大聚焦口径的高脉冲能量，以在更大的区域内工作。在诸如玻璃或聚合物等透明材料加工应用中，可通过非线性效应（如多光子过程）来提高去除速率。此外，也可以提高重复频率。
重复频率可以从100kHz到几兆赫兹，目前正在进行重复频率超过10MHz的研究。尽管传统的光纤激光器已经在工业环境中植根多年，但是飞秒光纤激光器在市场上仍然属于新事物。德国耶拿大学的 Jens Limpert 博士使用的超快光纤激光器，平均功率接近 1kW，峰值功率在 GW 量级，重复频率在 kHz 到 MHz 的范围内。虽然超快光纤激光器已经能够达到上述较高的性能，但是其仍然具有很大的发展潜力。
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