飞秒激光在微加工中的应用研究

摘要

飞秒激光微加工具有热影响区小和加工精度高的特点，在激光微加工领域具有潜在的应用价值。本论文从实验上对飞秒激光在材料微加工中的应用进行了较深入的研究，研究了激光参数与加工速度和加工精度之间的关系，分别在镀金薄膜和镀银薄模上进行了刻线和打孔研究，获得了接近衍射极限的加工尺度，并开展了在透明材料上制备光栅的研究以及烈性材料代用品的加工实验研究。 在加工速度为400μm/s、激光的峰值功率密度为2.7 1013W/cm2时，在ZK6玻璃和LaF2玻璃内制备出光栅常数为2.5μm和5μm的透射式衍射光栅，并在650nm的半导体激光照射下获得了光栅的衍射图样。在加工速度为2.5mm/s、激光的峰值功率密度为2.7 1013W/cm2时，在ZK6玻璃和LaF2玻璃上制备出了孔间距为2.5μm的阵列微孔。 研究了烧蚀率与激光功率密度和脉冲数目的关系，表明烧蚀深度随着激光功率密度的增加而变大。当激光功率密度保持不变时，烧蚀率随着脉冲数目的增加而减小。在激光的峰值功率密度为8.1 1012W/cm2时，在镀金以及镀银薄膜获得的加工尺度接近衍射极限。在加工速度为400μm/s、激光的峰值功率密度为8.1 1012W/cm2时，在镀金以及镀银薄膜获得了宽度为2.5μm的刻线结构，表明通过控制激光功率密度可以实现金属高精度的加工。 在加工速度为0.1mm/s到2mm/s，利用峰值功率3.3 109W到1.3 1010W的飞秒激光在国内开展了烈性材料代用品切割和打孔预先研究，获得了150μm的切割宽度，为今后相关研究打下了良好基础。