翻譯：《激光制造商情》Johnny Lee
超快激光器擁有因其無熱燒蝕性能和極高的峰值功率,為新的微細加工應用提供了途徑。許多材料和應用對熱效應非常敏感，采用連續(xù)或長脈沖激光可能會帶來的問題包括熱熔化、剝落、切屑、飛濺物和基材的損壞。然而，有了皮秒和飛秒激光器，這些不必要的副作用可以減輕或完全消除。除了減少熱效應，利用超短脈沖寬度可以提高加工的效率，甚至使新的應用成為可能–如內(nèi)部打標或塊狀透明材料的劃片，這些對于連續(xù)波或長脈寬的激光器是不可能實現(xiàn)的。
這些好處可以通過2至400ps脈沖寬度與脈沖能量高達125μJ的高功率光纖激光器得到體現(xiàn)。在此討論中采用的激光器是被安裝在美國俄勒岡州波特蘭一個應用實驗室，基于二維掃描振鏡加工系統(tǒng)，以及在一個創(chuàng)建非常小的激光光斑尺寸的固定焦點站。兩個加工系統(tǒng)都是計算機控制，并和激光系統(tǒng)同步，控制與實現(xiàn)任意模式加工。
本文通過特別有代表性的舉例，探討了超快激光在微加工應用相較于長脈沖激光的優(yōu)點。
無熱，高質(zhì)量的加工
許多微加工應用可以用納秒激光器實現(xiàn)，但在質(zhì)量上有重大缺陷。這種激光器從根本上會給材料賦予更多的熱量，導致熔化、開裂、表面成分的變化和其他有害 的副作用。然而，有了超快激光加工，可以在任何材料和任何應用實現(xiàn)真正的無熱加工。高能量皮秒激光器的一個特別好的應用就是薄膜加工。在這應用空間里，脈沖能量適中的激光器已被證明在材料去除上實現(xiàn)高速度、高質(zhì)量，而納秒激光器往往很難達到同等質(zhì)量，而且易于產(chǎn)生各種缺陷。由于長納秒脈沖導致的薄膜部分加熱會引起一系列的有害副作用，包括邊緣凸起、熔化、切屑，基材開裂或損壞。
圖1顯示了納秒激光器用于薄膜加工中產(chǎn)生的一個缺陷。在圖中，一塊在厚厚的玻璃基板上的鉬薄膜被單脈沖激光在背面（上層）進行幾何形狀刻劃，脈沖通過玻璃基板聚焦在薄膜后。薄膜隨即在一個“提取”處理中被移除，在10 ns的情況（圖1C），少量材料在邊緣剝落，從薄膜表面垂直突出，在劃線左邊緣的正下方就可以看到這樣的例子。對于導電材料，這種缺陷對于設備功能往往是災難性的。
圖1：玻璃上的金屬薄膜的劃線：(a) 415-ps, (b) 46-ps, (c) 10-ns and (d) 100-ns pulses
圖3：薄膜移除的閥值vs.脈沖寬度。移除閥值在皮秒階段很趨平，而在納秒階段快速上升。
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作者介紹：
Tim Gerke is laser applications engineer at Fianium Inc. in Lake Oswego, Ore.; email: [email protected].
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