短脈沖激光的應(yīng)用

1、激光微加工的概念激光微加工的概念激光微加工的應(yīng)用領(lǐng)域激光微加工的應(yīng)用領(lǐng)域飛秒激光微加工的優(yōu)點(diǎn)飛秒激光微加工的優(yōu)點(diǎn)飛秒微加工的重要應(yīng)用飛秒微加工的重要應(yīng)用光纖激光在精細(xì)加工中的應(yīng)用光纖激光在精細(xì)加工中的應(yīng)用展望展望微加工的概念微加工的概念Microfabrication 微細(xì)加工（結(jié)構(gòu)，功能，性能）Micromachining 精細(xì)加工（尺寸精確，機(jī)械加工）傳統(tǒng)微加工技術(shù)多用于硅材料，并限于平面結(jié)構(gòu)，由于這種基于傳統(tǒng)光刻和各向異性腐蝕硅微機(jī)械，結(jié)晶學(xué)取向性限制了能獲得的形狀。目前常用的工藝方法有：半導(dǎo)體IC加工工藝的硅微細(xì)加工，微細(xì)電火花精密加工，LIGA技術(shù)，微組裝技術(shù)等等。 微加工幾何尺寸的

2、偏差比例（比傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)）大微加工幾何尺寸的偏差比例（比傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)）大一般傳統(tǒng)加工偏差1%，MEMS加工尺寸偏差大于10激光微加工區(qū)別于傳統(tǒng)得獎(jiǎng)激光焊接、切割、打孔、表面改性等，包含范圍非常廣，能無(wú)限激發(fā)人的創(chuàng)造力。激光微加工應(yīng)用領(lǐng)域激光微加工應(yīng)用領(lǐng)域 激光微加工技術(shù)主要應(yīng)用于以下三個(gè)重要領(lǐng)域： 微電子學(xué)（ME）薄膜的局部沉積及去除，即激光修整、激光光刻、激光微機(jī)械加工，以及退火、局部摻雜及焊接等。 微機(jī)械學(xué)（MM）在設(shè)備制造業(yè)、汽車以及航空精密制造業(yè)和各種微細(xì)加工業(yè)中可用激光進(jìn)行切割、鉆孔、打標(biāo)、雕刻、劃線、熱滲透、焊接、硬化處理等。 微光學(xué)（MO）利用諸如微壓型、打磨拋光等激光表面處理來(lái)加工

3、多種微型光學(xué)元件，也可通過(guò)諸如激光填充多孔玻璃，玻璃陶瓷的非晶化來(lái)改變組織結(jié)構(gòu)，然后，通過(guò)調(diào)和外部機(jī)械力，再在軟化階段依靠等離子體輔助進(jìn)行微成形來(lái)加工微光學(xué)元件。 激光在上述領(lǐng)域的應(yīng)用推動(dòng)了它在許多新興的工程方面的應(yīng)用，例如：信息、通訊、醫(yī)藥、微型機(jī)器人和其他一些集光、電、機(jī)械為一體的微型系統(tǒng)。 飛秒激光微細(xì)加工應(yīng)用飛秒激光微細(xì)加工應(yīng)用 飛秒激光以其獨(dú)特的超短持續(xù)時(shí)間和超強(qiáng)峰值功率正在打破以往傳統(tǒng)的激光加工方法，開(kāi)創(chuàng)了材料超精細(xì)、低損傷和空間3D加工和處理的新領(lǐng)域。該技術(shù)已在多個(gè)領(lǐng)域得到非常廣泛應(yīng)用。 在材料微細(xì)加工領(lǐng)域的應(yīng)用在材料微細(xì)加工領(lǐng)域的應(yīng)用 （a）（b） 德國(guó)漢諾威激光中心的B. N

4、. Chichkov研究小組在真空靶室中放置100 mm厚的鋼片，然后分別將能量為l mJ、寬度為3.3 ns和能量為120 J、寬度為200 fs的聚集激光對(duì)其表面進(jìn)行加工，經(jīng)過(guò)104個(gè)脈沖照射后，比較兩者的處理結(jié)果具有顯著的不同。下圖（a）和（b）分別為各自處理結(jié)果的SEM圖像。 對(duì)于一些難熔性金屬如：鉬、鉭、錸、鎢等，其相應(yīng)的熔點(diǎn)位于高達(dá)2610-3410范圍，若采用傳統(tǒng)的長(zhǎng)脈沖激光很難完成對(duì)它們的精細(xì)加工。但由于飛秒激光作用基于多光子吸收和電離機(jī)制，避免了熱傳導(dǎo)效應(yīng)，因此成為對(duì)這些金屬成功實(shí)現(xiàn)高精度處理的唯一選擇。最近美國(guó)Clark公司應(yīng)用150fs激光在100m厚、熔點(diǎn)溫度為3180

5、的錸材料上實(shí)現(xiàn)了直徑為110m的精確鉆孔，與應(yīng)用8ns激光進(jìn)行加工的情況相比，避免孔徑周圍熱應(yīng)力導(dǎo)致的裂紋產(chǎn)生，如圖下圖所示。 納秒（a）和飛秒（a）激光對(duì)高熔點(diǎn)金屬錸的加工 對(duì)于一些超高硬度的材料如金剛石，由于它具有獨(dú)特的力學(xué)、熱學(xué)和光電特性，在機(jī)械摩擦、切割、光學(xué)和裝飾方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。金剛石的能帶間隔為5.4eV，目前主要采用波長(zhǎng)小于230nm準(zhǔn)分子納秒脈沖激光進(jìn)行加工，在材料加工邊緣容易形成炭化區(qū)域和機(jī)械應(yīng)力，如圖下圖(a)所示。最近，瑞士G. Dumitru和英國(guó)M. Gower等人采用脈寬為150 fs、能量為54 mJ的鈦寶石激光（輸出波長(zhǎng)為800nm）對(duì)l mm厚的人造C

6、VD金剛石進(jìn)行了鉆孔和切割處理，如圖下圖(b)所示。納秒（a）和飛秒（b）激光對(duì)CVD金剛石的切割 對(duì)于一些電解質(zhì)材料如硅，由于具有弱機(jī)械性、高熱傳導(dǎo)性以及光譜在UV-IR范圍內(nèi)高透射性等，通常被用來(lái)制作傳感器件、探測(cè)器件以及太陽(yáng)能電池等高技術(shù)產(chǎn)品。隨著應(yīng)用要求的不斷提高，傳統(tǒng)的硅加工處理手段變得愈加困難。飛秒激光以其獨(dú)特的除熱和消機(jī)械應(yīng)力的加工特性給硅材料的切割等處理技術(shù)帶來(lái)了新的希望。下圖（a）為飛秒激光對(duì)硅材料表面加工的原子力顯微圖像及其截面包絡(luò)；（b）表示了MMeunier等人采用光譜物理公司生產(chǎn)的重復(fù)率為lkHz的鈦寶石再生放大系統(tǒng)，將輸出波長(zhǎng)為760-820nm，能量約lmJ，持續(xù)

7、時(shí)間小于120fs的脈沖激光對(duì)厚度僅為50m的硅晶片實(shí)現(xiàn)了高精度切割 。飛秒激光對(duì)硅表面的加工處理 另外，對(duì)于一些高爆危險(xiǎn)物品如：TNT、PETN、HMX、LX和PBX等，通常由于對(duì)熱應(yīng)力和沖擊波的敏感性使得其加工處理過(guò)程中的安全性受到重大挑戰(zhàn)。在應(yīng)用傳統(tǒng)的機(jī)械操作中，若使用了不適當(dāng)?shù)膴A持工件、不適當(dāng)?shù)墓ぞ呓Y(jié)構(gòu)或者不適當(dāng)?shù)那懈钏俣榷伎赡軙?huì)造成加工過(guò)程的劇烈反應(yīng)。傳統(tǒng)的激光脈沖常被用作爆炸物品的點(diǎn)火，飛秒激光脈沖則可以用來(lái)高爆危險(xiǎn)品的切割。M. D. Perry利用l000Hz、100fs的鈦寶石激光對(duì)多種高爆危險(xiǎn)品進(jìn)行了安全切割，如下圖（b）所示。在直徑為lcm、厚度為2mm的樣品表面沒(méi)有任何

8、化學(xué)反應(yīng)痕跡，整個(gè)切割面上材料的化學(xué)性質(zhì)沒(méi)有發(fā)生變化。而用600ps的激光照射時(shí)，立即觀察到樣品的爆燃過(guò)程，切割邊緣出現(xiàn)熔化痕跡，并且生成大量新的熱反應(yīng)物質(zhì)，如（a）所示。 納秒（a）和飛秒（b）激光對(duì)爆炸物品的切割在微電子學(xué)領(lǐng)域在微電子學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用的應(yīng)用 現(xiàn)代微電子產(chǎn)業(yè)在本質(zhì)上是芯片的集成制造為核心，而光掩模和光刻技術(shù)是處在這一核心鏈的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。它是聯(lián)接集成略設(shè)計(jì)與制造的紐帶，光掩模和光刻技術(shù)水平和質(zhì)量就成為集成電路產(chǎn)品、質(zhì)量和生產(chǎn)效率關(guān)鍵。 實(shí)現(xiàn)光掩模缺陷的修復(fù)實(shí)現(xiàn)光掩模缺陷的修復(fù) 隨著超高速、超高頻、超高集成度電路及器件的研制和開(kāi)發(fā)，線寬的特征尺寸已進(jìn)入深亞微米、百納米以至納米級(jí)。對(duì)

9、于如此復(fù)雜的光掩模，要實(shí)現(xiàn)毫無(wú)缺陷的制作過(guò)程將變得非常困難，甚至不太可能。國(guó)際著名的半導(dǎo)體制造商SEMATECH公司已經(jīng)將此困難列為限制下一代微芯片發(fā)展的主要因素。這些缺陷通常包括在光掩模版上的某個(gè)非合適位置處殘留有多余的金屬吸收體。它們的去處必須讓該位置對(duì)光具有高透射率，同時(shí)又不能損傷襯底硅材料及其相鄰的區(qū)域，應(yīng)用傳統(tǒng)的納秒激光燒蝕技術(shù)很難滿足這種要求，而聚焦離子束（FIB）實(shí)現(xiàn)的最小修補(bǔ)線寬為0.35m。 飛秒激光修復(fù)光掩模 光掩模(Photomask)是指根據(jù)IC器件設(shè)計(jì)版圖數(shù)據(jù)進(jìn)行定制的、載有集成電路圖形結(jié)構(gòu)的高純精密石英玻璃版，其作用相當(dāng)于一個(gè)模具，它是半導(dǎo)體微細(xì)加工和制造業(yè)的重要前

10、提。根據(jù)2001年國(guó)際半導(dǎo)體協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，世界集成電路的生產(chǎn)在2004年左右將達(dá)到0.1m 線寬水平，2011年可望達(dá)到0.05 m 線寬水平。目前人們?yōu)榱藢?shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，通過(guò)采用更短的照射光波長(zhǎng)發(fā)展了幾種新型的光刻技術(shù)如：電子束曝光技術(shù)、遠(yuǎn)紫外線技術(shù)、XRL技術(shù)以及157nm準(zhǔn)分子激光刻寫技術(shù)等。這些平版印刷技術(shù)雖然各有優(yōu)勢(shì)，缺點(diǎn)是價(jià)格昂貴、生產(chǎn)耗時(shí)。 針對(duì)上述平版印刷術(shù)給光掩模制造帶來(lái)的種種困難，新加坡南洋工業(yè)大學(xué) 的B. K. A. Ngoi等人采用飛秒激光發(fā)展了一種全新的光掩模制造技術(shù)。這種干凈、低成本、高效率的一步式(one-step solution)直接刻寫技術(shù)對(duì)于逐步取代傳統(tǒng)的平版印

11、刷術(shù)在薄片硅(TFS)太陽(yáng)能電池、平板顯示(FPD)等多種微電子器件制作中的應(yīng)用具有非常重要的意義。 實(shí)現(xiàn)光掩模的新型制造實(shí)現(xiàn)光掩模的新型制造 實(shí)現(xiàn)微型過(guò)孔，提高電路互連封裝水平實(shí)現(xiàn)微型過(guò)孔，提高電路互連封裝水平 近20年來(lái)，與集成電路(IC)在計(jì)算速度和存儲(chǔ)記憶方面取得的快速進(jìn)步一樣重要的是互連封裝的并行發(fā)展。隨著電子產(chǎn)品朝著便攜式、小型化、網(wǎng)絡(luò)化和多媒體化的方向發(fā)展，單位體積信息的提高(高密度)和單位時(shí)間處理速度的提高(高速化)對(duì)微電子封裝技術(shù)提出不斷增長(zhǎng)的新需求。提高芯片封裝水平的關(guān)鍵之處就是在不同層面的線路之間保留微型過(guò)孔的存在，這樣通過(guò)微型過(guò)孔不僅提供了表面安裝器件與下面信號(hào)面板之間

12、的高速連接，而且有效地減小了封裝面積。 另一方面，印制線路板(PCB)逐步呈現(xiàn)出以高密度互連技術(shù)為主體的積層化、多功能化特征。為了有效地保證各層間的電氣連接以及外部器件的固定，過(guò)孔(via)已成為多層PCB的重要組成部分之一。 由于PCB通常由銅箔與玻璃布和樹(shù)脂組合而成，此三種材料對(duì)波長(zhǎng)的吸光度有所不同。因此激光鉆孔技術(shù)一般采用YAG倍頻激光器和CO2激光器的混合系統(tǒng)。 由于對(duì)加工材料不具有嚴(yán)格的選擇性，飛秒激光無(wú)疑可以取代微型過(guò)孔加工中所采用的混合激光系統(tǒng)。而且隨著微電子封裝技術(shù)要求的進(jìn)一步提高，微型過(guò)孔的加工尺寸將會(huì)變得愈來(lái)愈小，為飛秒激光加工的應(yīng)用提供了非常廣闊的前景。 在光子器件和全光

13、通訊領(lǐng)域的應(yīng)用在光子器件和全光通訊領(lǐng)域的應(yīng)用 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，世界正在向光子時(shí)代邁進(jìn)，目前的各種電子元器件正在被全光學(xué)元件所取代，并將其逐步微小化和集成化在一個(gè)緊湊的功能系統(tǒng)內(nèi)，成為高速信息處理的新興發(fā)展方向。對(duì)光通訊來(lái)說(shuō)，這就意味著要在一個(gè)單獨(dú)的“芯片”上生產(chǎn)出包括方向連接器、帶通濾波器、多路復(fù)用器、光開(kāi)關(guān)、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器以及調(diào)制器等元件在內(nèi)的平面光波環(huán)路。這一發(fā)展與四十多年前第一次將平面化、集成化的晶體管和其他電子元器件放置到一個(gè)硅片上的電子芯片產(chǎn)業(yè)情況相類似。 光子產(chǎn)業(yè)的未來(lái)演化將更多地傾向于發(fā)展一種能夠?qū)鈱W(xué)材料進(jìn)行納米操縱的精密處理工具。由于這些器件被用來(lái)改變和控制光在系統(tǒng)中的路

14、徑，因此它們的特征尺寸一般僅為光波長(zhǎng)的一小部分。對(duì)于許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)，透明玻璃(如熔石英)由于具有較高的透明性、長(zhǎng)時(shí)間和高溫環(huán)境下的穩(wěn)定性而被通常選作加工光子器件的基礎(chǔ)材料。同時(shí)，也正是這些理想的特點(diǎn)給材料的精細(xì)處理帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)，特別是當(dāng)加工尺寸位于100nm量級(jí)范圍時(shí)。 制作光學(xué)波導(dǎo)制作光學(xué)波導(dǎo) 光波導(dǎo)是集成光學(xué)重要的基礎(chǔ)性部件，它能將光波束縛在光波長(zhǎng)量級(jí)尺寸的介質(zhì)中，長(zhǎng)距離傳輸。目前常用的制作方法是離子注入法、火焰水解涂覆法、熔膠凝膠法、汽相沉積法和熱擴(kuò)散型離子交換法等。這些方法的缺點(diǎn)是靈活性差、過(guò)程非常繁雜、緩慢。 飛秒激光制作光波導(dǎo) 依靠飛秒激光可以順利地解決這些問(wèn)題。最近德國(guó)亞深大學(xué)的

15、 Stefan Nolte教授將鈦寶石激光器輸出重復(fù)率lkHz、脈寬為100fs、能量為幾個(gè)微焦的激光實(shí)現(xiàn)了亞衍射極限光波導(dǎo)的制作，如右圖所示。 飛秒激光光波導(dǎo)制作技術(shù)非常簡(jiǎn)單，整個(gè)過(guò)程在室溫環(huán)境下進(jìn)行，并且波導(dǎo)結(jié)構(gòu)在高達(dá)1500K的溫度下仍可以保持良好的質(zhì)量穩(wěn)定性。另外，在制作過(guò)程中，基片材料的選取不再受到嚴(yán)格的限制。透明玻璃可以包括硅酸鹽、硼硅酸鹽、硫族化物以及氟化物等。光波導(dǎo)可以位于材料內(nèi)部3D空間的任意位置，而且還可以實(shí)現(xiàn)制作任意形狀的二維、三維波導(dǎo)，分束器以及連接器等光子器件，如圖下圖所示，其中右半部分是一個(gè)三維光分束器結(jié)構(gòu)及其輸出光的近場(chǎng)分布圖樣。分束器長(zhǎng)度為25mm，輸出端口間隔

16、40mm。這一技術(shù)對(duì)于構(gòu)建未來(lái)的“光學(xué)芯片”具有非常重要的意義。 飛秒激光在透明晶體中制作空間三維光波導(dǎo)（a）和空間分束器及其近場(chǎng)光分布圖樣（b）制作制作BraggBragg光柵光柵 光纖光柵（FBG）作為一種新型光纖器件，主要用于光纖通信、光纖傳感和光信息處理。目前光纖光柵的制作主要是利用紫外激光通過(guò)相位掩模板沿軸向誘導(dǎo)光纖芯折射率呈周期性的變化。紫外光直接寫入技術(shù)無(wú)法引起足夠的折射率變化（n10-4）。通過(guò)高壓載氫，或者高摻鍺等方法可以適當(dāng)提高折射率變化。但是，采用該技術(shù)制成的光柵器件隨時(shí)間退化明顯，退化速率呈 “指數(shù)律”變化，特別是在高溫條件下，退化效應(yīng)更為明顯。 飛秒激光束可以使各種玻

17、璃產(chǎn)生永久性的折射率變化，日本Yuld Kondo和法國(guó)Eric Fertein等人分別用近紅外波長(zhǎng)的飛秒激光脈沖在標(biāo)準(zhǔn)通信光纖中成功制作了長(zhǎng)周期Bragg光柵。 飛秒雙光束全息方法實(shí)現(xiàn)微型表面浮雕光柵的制作（左）和形成的光柵結(jié)構(gòu)及其原子力顯微圖像（右）制作近紅外和可見(jiàn)光波段光子晶體制作近紅外和可見(jiàn)光波段光子晶體 要得到光子帶隙在紅外或可見(jiàn)光的光子晶體，晶格常數(shù)應(yīng)當(dāng)在微米或亞微米量級(jí)，這對(duì)光子晶體的制作來(lái)說(shuō)無(wú)疑是極大的挑戰(zhàn)。近年來(lái)，人們利用現(xiàn)有成熟的半導(dǎo)體制作工藝，如光刻蝕、電子束刻蝕、離子束刻蝕等，以及膠體顆粒自組織等方法相繼成功制備了從紅外到可見(jiàn)光波段的二維結(jié)構(gòu)光子晶體，但這些方法仍然受到

18、嚴(yán)格的技術(shù)限制。 最近，基于飛秒激光強(qiáng)雙光子或多光子吸收光聚合效應(yīng)，人們采用聚合物材料提出了兩種全新制作近紅外和可見(jiàn)光波段光子晶體的方法。一種是飛秒雙光子或多光子聚合-逐層疊加制作法，另一種是飛秒激光多光束干涉制作法 。飛秒雙光子聚合-逐層疊加法制作的3-D光子晶體超高密度光學(xué)存儲(chǔ)超高密度光學(xué)存儲(chǔ) 信息存儲(chǔ)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)及現(xiàn)代軍事科學(xué)技術(shù)中具有十分重要的地位。20世紀(jì)末興起的光信息存儲(chǔ)（簡(jiǎn)稱光存儲(chǔ)）是繼磁記錄之后重要信息存儲(chǔ)技術(shù)，具有存儲(chǔ)容量大、壽命長(zhǎng)、可替換、不易損壞等優(yōu)點(diǎn)。 3D立體光學(xué)存儲(chǔ)原理 在介質(zhì)空間內(nèi)部實(shí)現(xiàn)3-D的光學(xué)存儲(chǔ)技術(shù)是近年來(lái)在海量存儲(chǔ)領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)新的、非常重要的發(fā)展方向。

19、特別是最近幾年，隨著飛秒激光技術(shù)的發(fā)展成熟，基于雙光子非線性過(guò)程實(shí)現(xiàn)材料表面和內(nèi)部任意空間上的亞微米操作，為發(fā)展超高密度的3-D光學(xué)存儲(chǔ)技術(shù)提供了一個(gè)全新的思路。與其他三維存儲(chǔ)技術(shù)相比，飛秒激光雙光子存儲(chǔ)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：高達(dá)1012bits/cm3的巨大體存儲(chǔ)密度；快速的數(shù)據(jù)讀、寫；并行隨機(jī)存取；存儲(chǔ)介質(zhì)成本低廉；相鄰數(shù)據(jù)位層之間的串?dāng)_最小。在激光醫(yī)療和生物工程領(lǐng)域的應(yīng)用在激光醫(yī)療和生物工程領(lǐng)域的應(yīng)用 由于飛秒激光加工是一個(gè)高準(zhǔn)確度、低能量、小損傷以及能夠進(jìn)行三維空間嚴(yán)格定位的處理過(guò)程，因此它能夠最大限度地滿足醫(yī)學(xué)和生物領(lǐng)域內(nèi)的特殊需求。在精細(xì)醫(yī)療器件制作、激光無(wú)痛和無(wú)損傷醫(yī)療以及細(xì)胞生物工程

20、技術(shù)等方面具有廣泛應(yīng)用前景。 制作新型特種醫(yī)療器械制作新型特種醫(yī)療器械 在冠心病的治療方面，心血管支架置放術(shù)是避免旁路移植，簡(jiǎn)稱“冠脈搭橋”，是手術(shù)治療冠狀動(dòng)脈血管硬化的一種新型的、侵人性小的介入治療方式。這種手術(shù)一般采用不銹鋼支架，但是這種支架再狹窄問(wèn)題嚴(yán)重。 2000年7月日本科學(xué)家報(bào)道了一種新聚合物，可望解決血管再狹窄問(wèn)題。這種聚合物實(shí)際上是一種半結(jié)晶的熱塑料聚酯，具有生物相容性和生物降解性的優(yōu)點(diǎn)。盡管它也具有很好的機(jī)械特性，但非常脆弱，因此采用機(jī)械工具很難完成支架網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的精細(xì)制作。如果采用傳統(tǒng)的長(zhǎng)脈沖激光技術(shù)，則加工過(guò)程中的熱熔相變將會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞材料原有的特性。 盡管這種聚合物材料對(duì)于

21、鈦寶石飛秒激光的波長(zhǎng)來(lái)說(shuō)是透明的，但基于光脈沖高峰值強(qiáng)度造成的多光子吸收過(guò)程，2002年1月德國(guó)漢諾威激光中心的Thorsten Bauer等人報(bào)道在這種聚合物材料上完成了血管支架結(jié)構(gòu)的突破性制作，如右圖所示。 無(wú)痛和無(wú)損傷醫(yī)療無(wú)痛和無(wú)損傷醫(yī)療 與長(zhǎng)脈沖激光相比，飛秒激光能量高度集中，作用期間幾乎沒(méi)有熱量傳輸效應(yīng)，因此也不會(huì)引起周圍環(huán)境溫度的上升，這在激光手術(shù)醫(yī)療應(yīng)用方面非常重要。數(shù)度的溫度上升一方面會(huì)在瞬間變成壓力波傳到神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生痛感，另一方面可能會(huì)對(duì)生物體組織造成致命傷害。因此，飛秒激光可以實(shí)現(xiàn)無(wú)痛和無(wú)損傷的安全治療。對(duì)于人體中質(zhì)地堅(jiān)硬的鈣化組織的治療，如牙齒等，一般采用機(jī)械鉆孔或Er:

22、 YAG激光燒蝕方法。這兩種方法容易造成鈣化組織破損或者產(chǎn)生裂紋，為牙齒進(jìn)一步腐爛提供了條件，而且必須避免長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)接受治療。飛秒激光不會(huì)帶來(lái)任何損傷，如下圖所示。長(zhǎng)脈沖激光（a）和飛秒激光（b）在牙科治療中的比較 此外，飛秒激光低能量、小損傷以及嚴(yán)格的空間定位特點(diǎn)，就像一把銳利而精密的手術(shù)刀，非常適合于生物組織的超精細(xì)切割。1999年，密歇根大學(xué)超快科學(xué)研究中心的科研人員發(fā)展了一種利用超快激光對(duì)人眼角膜進(jìn)行清潔、高精度眼科手術(shù)切割的新方法。在視覺(jué)折射率修正手術(shù)中，他們采用工作波長(zhǎng)為1060nm、脈寬為800fs、脈沖重復(fù)率為2kHz、最高脈沖能量40J的飛秒激光，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械刀來(lái)對(duì)角膜覆

23、蓋物實(shí)施更加精密的切割，如下圖所示。這種技術(shù)減少了不均勻切割的機(jī)會(huì)，也減少了相關(guān)邊緣組織破壞的機(jī)會(huì)，降低了傳統(tǒng)手術(shù)的危險(xiǎn)性，改進(jìn)了醫(yī)療安全?，F(xiàn)在科學(xué)家們正在努力將這種系統(tǒng)用于青光眼及白內(nèi)障等手術(shù)中。 飛秒激光對(duì)角膜覆蓋物實(shí)現(xiàn)精密切割在生物工程領(lǐng)域的應(yīng)用在生物工程領(lǐng)域的應(yīng)用 基因工程和細(xì)胞工程是指人類對(duì)細(xì)胞和基因有目的地進(jìn)行切割、縫合與轉(zhuǎn)運(yùn)等的各種操作。由于細(xì)胞和基因都非常小，例如DNA的直徑只有2nm，在它們身上進(jìn)行“手術(shù)”是非常困難的，必須選納米量級(jí)空間分辨的特殊工具。 飛秒激光對(duì)染色體的納米切割秒激光對(duì)細(xì)胞內(nèi)部線粒體進(jìn)行納米切割光纖激光在微細(xì)加工中的應(yīng)用光纖激光在微細(xì)加工中的應(yīng)用 在醫(yī)療器

24、械行業(yè)的應(yīng)用在醫(yī)療器械行業(yè)的應(yīng)用在機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用在機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用在光電子行業(yè)的應(yīng)用在光電子行業(yè)的應(yīng)用在醫(yī)療器械行業(yè)的應(yīng)用在醫(yī)療器械行業(yè)的應(yīng)用 目前實(shí)用化心血管支架的形狀加工一般采用Nd: YAG激光器加工血管內(nèi)支架。近年來(lái)，高功率光纖激光器得到了非常迅速的發(fā)展，它具有光束質(zhì)量好、基模輸出、聚焦光斑小等優(yōu)點(diǎn)，心血管支架要求網(wǎng)線寬度小、均勻以及熱影響區(qū)小，因此與YAG激光器相比，光纖激光器更適合用于支架精密加工的光源。在機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用在機(jī)械行業(yè)的應(yīng)用放大10倍放大40倍 下圖表示了在直徑為10mm的不銹鋼板切割150個(gè)小齒的情形。不銹鋼板厚度為0.2mm，切割參數(shù)為：激光出功率25W，脈沖頻率2000Hz，脈沖寬度為0.3ms，切割速度120mm/min，輔助氣體氧壓為0.2MPa。從圖中可以看出，小齒均勻、尖銳度好。在光電子行業(yè)的應(yīng)用在光電子行業(yè)的應(yīng)用手機(jī)面板的切割 目前，諾基亞、西門子、摩托羅拉等大手機(jī)廠商都在市場(chǎng)上相繼推出了不銹鋼按鍵面板的手機(jī)，具有按鍵亮度高、清晰等優(yōu)點(diǎn)，深受用戶喜愛(ài)。下圖表示了利用光纖激光切割的手機(jī)按鍵面板。切割的手機(jī)面板曲線平滑、切面沒(méi)有毛刺、不掛渣、而且切割速