飞秒激光对单晶金刚石刀具表面的加工

刀具切削是典型的力热耦合摩擦过程,易产生大量的热量,同时切削屑也会对刀具表面产生一定的损伤。运用飞秒激光对单晶金刚石刀具表面进行加工,表面微纳结构可以存储一定的切削液,增大刀具表面同切削面的接触面,减小摩擦力,提高散热能力,有效延长金刚石刀具的寿命。同时飞秒激光加工技术具有较高的加工效率,操作简便,因此能够在单晶金刚石刀具的工具中得到广泛应用。该文在这一基础上,就飞秒激光对单晶金刚石刀具表面加工展开简要的论述与探讨。     

基于纳飞秒双脉冲激光的蓝宝石蚀除研究

蓝宝石作为一种典型的宽带隙半导体材料具有良好的理化特性,在机械电子、航空航天、微电子等领域具有广阔的应用前景.本文提出采用纳飞秒双束激光进行蓝宝石加工的方法,利用飞秒脉冲峰值功率高的特性,通过多光子电离与碰撞电离,激发蓝宝石表面自由电子从而提高了蓝宝石对纳秒激光的吸收率,同时利用纳秒激光能量相对较大,技术成熟的优势,实现对蓝宝石材料的高质高效加工.为了揭示纳飞秒双束激光与蓝宝石材料的能量耦合机制,采用Fokker-Plank方程、Drude模型、双温模型对飞秒激光诱发的自由电子的演化过程及自由电子与入射激光之间的相互作用进行研究,并通过有限元仿真模拟了纳飞秒双激光与蓝宝石材料相互作用的能量耦合过程与蚀除过程,分析了纳飞秒双脉冲激光作用下,不同脉冲延时下等离子浓度的时空演化规律及其对入射激光吸收系数及反射率等表面光学特性的影响规律,揭示了纳飞秒双激光高效高质加工蓝宝石材料的机理.该研究对实现蓝宝石等宽带隙半导体等脆硬材料的高质高效加工具有重要意义.     

飞秒激光诱导Al_2O_3陶瓷表面微纳结构及润湿特性研究

飞秒激光以其极短脉宽和极高的峰值功率几乎可以胜任任何材料的加工.利用飞秒激光微加工平台,通过单点烧蚀和线扫描微加工的方式,在工业级氧化铝陶瓷材料表面诱导出随机分布的纳米结构和条纹结构,条纹结构的周期约为314 nm.文章研究了激光脉冲个数、扫描速度和偏振方向等参数对氧化铝陶瓷表面微纳结构形成的影响.结合激光直写技术,在陶瓷表面诱导出大面积的微纳结构分布,分析了加工前后陶瓷表面润湿特性的变化,实现了陶瓷表面改性.     

飞秒脉冲在材料微加工中的应用研究

阐述飞秒激光的特点,加工特性及其与材料相互作用的加工机理,重点阐述飞秒激光在玻璃、金属、各种聚合物等材料微加工中的应用。由于飞秒激光脉冲时间短、峰值功率极高,可将材料加工区快速加热到远高于沸点的温度,切口处材料以汽相去除,而周围材料还保持低温,对切口附近影响很小,避免加工过程中热损伤的产生,保证了锐利、清洁的切口形貌,实现了精密加工和多层材料的选择性加工。飞秒激光在材料微加工领域较原有的长脉冲激光具有加工精度高、加工材料广泛等独特优势,有非常广泛的应用前景。     

激光埋种辅助刻蚀制备微凹透镜阵列

微透镜阵列作为微光学领域的一种重要元件,如何实现其高效加工一直是本领域亟需解决的技术环节.但是传统加工方法无法兼顾加工效率和加工质量,激光埋种辅助刻蚀方法可实现微凹透镜阵列的高效制备和微加工.本文回顾了这种新微加工方法的一系列探索工作,即采用空间光调制器对飞秒激光进行相位调制,提供一种"激光埋种辅助刻蚀"的方法.该方法利用相位调制得到的多个焦点替代单个焦点进行曝光,实现了对微凹透镜阵列的并行加工;同时,结合对多个焦点的相对能量和空间位置的调节,能够实现对每个微凹透镜形貌和光学参数的调控;从根本上改变了以往激光直写加工中对微纳结构逐点扫描的加工方式,从而实现了微阵列结构的高效、高质量加工.     

飞秒激光在蓝宝石晶体表面加工微细结构的实验研究

由于蓝宝石晶体具有很高的硬度和耐磨蚀性,很难进行机械和化学腐蚀加工。笔者利用波长780 nm、频率1 kHz和脉冲宽度164 fs的飞秒脉冲激光在蓝宝石晶体表面进行了微细结构加工的实验研究。采用飞秒激光静态照射蓝宝石晶体表面,通过飞秒激光烧蚀孔的直径和脉冲能量的关系,计算了飞秒激光烧蚀蓝宝石晶体的两种烧蚀状态下的烧蚀阈值和有效烧蚀半径。通过直线扫描实验,在不同实验条件下在蓝宝石晶体表面加工微槽,获得微槽的宽度和深度与飞秒激光主要参数之间的关系。研究结果表明,微槽的加工表面可通过增加扫描次数而得到明显的提高,且扫描次数的增加对微槽的宽度和深度基本无影响。利用聚焦的飞秒激光束沿着轨迹扫描,在蓝宝石晶体表面加工出比较清洁的微小结构,可以为实现微结构的精密加工提供指导。     

面向半导体器件的电化学微纳制造技术

由于电化学加工技术无工具磨损、无残余应力、无表层和亚表层损伤和热效应,在先进制造领域具有不可替代的作用.面对超大规模集成电路、微纳机电系统和微纳器件等新兴产业的重大需求,电化学微纳加工技术应运而生.围绕"微纳米尺度空间限域电化学反应"这一关键科学问题,本文将在介绍电化学微纳加工技术的基础上,全面综述具有厦门大学特色的约束刻蚀剂层技术及其在半导体材料加工原理、方法和设备等方面的研究进展.     

飞秒激光微通道加工研究进展

综述了基于飞秒激光微通道制造的研究现状,包括加工机理、工艺技术方面的研究进展,重点介绍了飞秒激光改性辅助化学刻蚀和液体辅助飞秒激光烧蚀两大主要制造方法上的研究成果,概述了目前面临的主要问题与挑战,展望了未来的发展趋势.     

双光子三维微细加工重复率对表面形貌的影响

飞秒激光三维微细加工是一种集超快激光、CAD／CAM、光化学材料等技术于一体的新型加工方法,它采用单点扫描累积成型,由点成线,由线成面进行加工．要得到精细的三维微器件,不仅需要高加工分辨率,还须选用合适的扫描步距．我们采用不同重复率工艺参数进行实验,并对得到的表面质量进行了分析,优化了微器件加工的重复率参数．还基于自由基浓度理论和曝光等效性原理,对重复率影响表面质量进行了仿真．加工系统采用飞秒激光光源：脉宽为80fs,中心波长为800nm,重复频率为80MHz,输出功率为400mW;使用数值孔径（NA=1．25）浸油物镜聚焦;三维扫描使用PZT移动台;材料是新型聚丙烯类S-3负性光刻胶．实验中采用步距0．1,0．2,0．3,0．4μm得到不同平面,并测得其表面粗糙度,分析了重复率对微器件表面质量的影响．     

飞秒激光偏振角及入射角对金属表面周期结构的影响

飞秒激光对金属Cu、Ag材料表面的烧蚀作用源于飞秒激光超高强的脉冲功率密度,基于表面散射波模型的理论,在实验上探究P偏振飞秒激光偏振角和入射角对金属表面周期性微纳光栅结构的影响.首次通过偏振角及入射角的双重改变,得到入射角阈值规律,并且得到斜入射时光栅周期随入射角增大的事实.     

飞秒激光和大功率激光的发展与应用

综述了激光技术的新发展和研究的热点,重点论述了飞秒激光技术的最新发展和它在生命科学、基因工程、信息科学、超微细加工及物理学等领域中的应用以及大功率激光技术的发展和它在国防军事领域中的应用。     

多能场微射流水导激光加工研究发展概况

微射流水导激光加工属于一种多能场复合激光加工技术.该技术利用加工激光耦合稳定压力微射流,改变激光能量分布为平顶高斯光束,并对加工断面进行冷却、冲刷.稳定的小流量压力去离子水射流导引激光柔性延伸加工焦点,改善加工激光能量分布的同时实现去屑、冷却,使得其轴向加工质量、精度得到提高,并提高激光轴向加工能力.本文介绍并阐述了该加工装置及设备研发的若干关键因素:激光全反射入射角度的选择、光束质量、模式、聚焦位置及激光与水射流的耦合精度.对比了该技术与超短脉冲激光(飞秒激光)的加工特点.阐述了微射流水导激光适当控制激光加工热量,控制激光加工方向,适用于高质量大深径比(约10-100)的深孔、槽、缝的场合以及一些低k绝缘材质,硬质合金、SiC、GaAs、聚晶金刚石等材质的高附加值对象场合.     

飞秒激光直写加工及结构信息快速存储

用飞秒激光直写方法辅以平台操作程序将设计好的二维和三维微结构图形信息成功地记录在石英玻璃内部.其优点是微结构样式可以由实验者自由灵活设计,采用飞秒激光可以对多种材料进行加工.该技术可以将商标、标识码等写入各种商品和证件内部进行防伪识别,还可以在贵重金属首饰表面写入照片进行个性化制作.     

飞秒激光微爆加工铌酸锂晶体

利用紧聚焦飞秒激光脉冲入射到铌酸锂（LiNbO3）晶体中引起微爆,可以在晶体内部进行微爆加工．与各向同性的熔融石英不同,因为铌酸锂晶体的各向异性,微爆加工点在垂直晶轴的截面上表现出强烈的各向异性．我们利用狭缝光阑对入射飞秒高斯光束进行整形,改变了光束的能量分布,成功地减小加工点的各向异性,获得尺寸较一致的微爆单元．另外发现由于折射率失配的存在,飞秒脉冲激光聚焦深度不一样时,微爆加工点在沿晶轴方向的截面形状和尺寸都有很大的变化,对此也进行了理论和实验上的分析．     

飞秒激光在半透明物质中的微爆破及应用

飞秒激光可以在玻璃内部加工出各种微小器件,比如光波导、光栅光耦合器等,也可以用在深板层内皮角膜移植手术中．因此,研究飞秒激光在半透明物质中的微爆,对医学应用领域具有重要的参考价值．文章介绍并探讨了飞秒激光在生物医学方面的应用及发展动态．     

利用飞秒激光烧蚀加工金属掩模板

本论文主要描述了飞秒激光加工的特征和机理,应用高重复频率、低能量的飞秒脉冲来直接烧蚀金属铬膜层。用放大倍数/数值孔径为10×/0.25的显微物镜对中心波长为812nm、脉冲宽度为90fs、重复频率为75MHz的飞秒脉冲进行聚焦后,对玻璃基底厚度为145nm铬膜层进行烧蚀,制成了线宽为5μm、周期为40μm的栅格状掩模板和空间点阵结构掩模板,加工的金属铬掩模板可以作为透射式光学元件使用,测得了掩模板的衍射图样。这一研究对于加工微电子模板和微光学元件有着应用的价值。     

飞秒激光声光扫描

飞秒激光的声光扫描具有快速、高精度和高重复性的优点，在显微成像、微细加工和光存储等领域具有广泛的应用前景，但受到严重色散效应的制约．该文综述了飞秒激光声光扫描研究的最新进展，给出了飞秒激光经声光扫描后的时空间色散与时间色散效应基本描述，介绍了飞秒高斯脉冲经声光扫描后脉冲宽度演化的理论进展，分析了各种用于飞秒激光声光扫描的色散补偿技术的特点，最后介绍了目前面临的挑战．     

激光技术在玻璃加工上的应用

介绍了激光加工的原理和激光加工的应用现状,着重分析了激光加工玻璃的实质以及影响激光加工玻璃的难易程度和加工质量的因素。指出利用激光进行光电微器件的刻蚀加工和利用激光进行高质量的艺术雕刻,是激光加工技术较有前途的发展方向。     

大口径光学元件微纳加工与检测技术研究与应用

超精密金刚石砂轮磨削是大口径先进光学元件微纳加工的主要技术,是实现确定性批量加工的重要保证.以实现高精度、高效率、高自动化程度加工为目的,阐述了大口径光学元件微纳加工与检测的加工技术系统,详细分析高精度加工设备及工艺控制、大尺寸检测、加工环境监控、快速抛光、表面织构化等研究应用情况.     

高速高精光固化增材制造技术前沿进展

增材制造技术被称为新工业革命的标志性技术,立体光刻在能源器件、加工材料、制造方案的迭代中,发展出多种高分子材料快速成形技术方案。作为制造技术关键评价的速度、精度指标,始终引领着宏微观尺度光固化增材制造技术发展方向,推动形成崭新的技术方案。光固化增材制造技术由早期的激光点扫描成形,逐步发展出面制造、体制造。文中通过分析近5年来国内外高速高精光固化前沿文献,讨论了7种方法的技术原理、关键器件能力限制、创新特点和其面临的工程应用问题,包括体成型技术:计算轴向光刻技术和激光全息投影技术;面成型技术:连续液面生长技术、双波长光源直写光刻技术、高速大尺寸技术、飞秒投影双光子光刻微纳技术、双紫外臭氧动态掩模技术。并比较了这7种技术的科学依据技术原理与工程问题,揭示该技术的迭代演化规律和潜在应用场景。