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从陶瓷划线到3D聚合,飞秒微加工的卓越解决方案——FemtoLAB

作者:卓小知     发布时间:2020年06月19日     阅读次数:359

本期卓知小课堂,卓小知将带您走进飞秒微加工的神秘领域。飞秒激光微加工作为目前市场上新兴的加工技术,一直备受相关人士的青睐,它具有非接触、效率高、加工精度高、热效应小、损伤阈值低以及能够实现真正的三维结构微加工等传统技术无法比拟的诸多优点,其应用领域也相当广泛。

 

科普小知识


● 飞 秒 激 光


飞秒激光是一种脉冲激光,持续时间非常短,脉宽只有几个或几十个飞秒。我们知道光一秒钟可穿越30万千米,它在100飞秒的时间内,只能通过人的头发直径那么短的距离。

飞秒激光具有以下特点:

1)飞秒激光有非常高的瞬时功率;
2)物质在飞秒激光的作用下都会变成等离子态
3)飞秒激光具有精确的靶向聚焦定位特点,能够聚焦到比头发直径还要小很多的超细微空间区域。

● 飞 秒 激 光 微 加 工 特 点

1)适用材料广泛
当脉冲持续时间足够短、峰值强度足够高时,飞秒激光可以实现对大部分材料的精细加工、修复和处理,而与材料的种类和特性无关。

2)非热熔性
这也是最重要的特征,激光在极短的时间与物质相互作用,作用区域内的温度在瞬间内急剧上升,被作用区域以等离子体的形式得到去除。严格避免了热熔化的存在,大大减弱和消除了传统加工中热效应带来的诸多负面影响。

3)加工过程的准确性
每一个激光脉冲与物质相互作用的持续期内避免了热扩散的存在,在根本上消除了类似于长脉冲加工过程中的熔融区、热影响区、冲击波等多种效应对周围材料造成的影响和热损伤,将加工过程所涉及的空间范围大大缩小,从而提高了激光加工的准确程度。

4)加工尺寸的亚微米特性和3D空间分辨性
飞秒加工可以突破光束衍射极限的限制,实现对波长尺寸小于亚微米或纳米的材料的操作;
只有在材料的聚焦点才能获得较高的功率密度,从而使得飞秒加工过程具有严格的空间定位选择能力。

5)加工能量的低耗性

脉冲持续时间非常短,能量在时间上高度集中,因此飞秒激光加工所需的脉冲能量阈值一般为毫焦耳或微焦耳量级,较传统激光加工消耗的光能量大大降低。




FemtoLAB飞秒激光微加工系统提供了全套加工系统组件,该仪器配备高精度的线性定位平台,高性能的振镜扫描仪和通用微加工软件SCA,这套系统对飞秒激光微加工系统提供了卓越的解决方案。此外,该系统还可以为科研工作者提供个性化定制服务。


● 产 品 优 势 
飞秒激光波长:1028nm, 514nm
样品定位:采用机器视觉的高精度样品定位
系统控制:通过单窗口GUI软件控制整个系统

实验室设计:易扩展系统,自定义设计


图为fFemtoLAB SZU主方案(最终的光学结构可能不同


● 主 要 产 品 部 件 规 格 参 数


      


部 分 应 用 加 工 案 例

以下图片源自于不同谐波、不同光束形状单元以及不同聚焦镜的飞秒激光微加工技术对样品进行的微加工。(注:图片采用的拍摄仪器包括但不限于扫描电镜、白光表面廓曲线仪



图为橄榄石表面烧蚀圆槽的SEM照片。圆凹槽直径从35um到150μm,深度7 - 10μm(左)。底部的凹槽(40μm直径光盘)切除。凹槽深度高达~25μm(波长和脉冲持续时间保密)。



图为光伏材料硅(Si)表面背接触SEM照片(ʎ = 343 nm, τ = 300 fs)



图为BST陶瓷烧蚀槽。SEM照片(左)和线交叉的扫描图像(波长和脉冲宽度保密)。

▲图为玻璃管直径5μm孔钻的SEM照片(波长和脉冲持续时间保密)。

图为不锈钢合金钻通孔SEM照片。过程需要特殊光束移动装置(ʎ= 1030nm,τ= 300 fs)

图为光纤上各种直径孔的SEM照片(左)。10μm直径孔钻在纤维的核心暗视野照片(ʎ = 1030 nm, τ = 300 fs). 

图为立陶宛科学家在直径50毫米的介电镜表面制作的照片(左)。SEM照片≈15μm像素(ʎ = 1030 nm, τ = 300 fs)。

图为表面声波换能器在YZ-LiNbO 3上通过选择性烧蚀薄铬层制成的照片 (左)。SEM(前照式)照片传感器(ʎ= 1030nm,τ= 300 fs)。

 图为陶瓷和PET sandiwtch钻孔的SEM照片(ʎ= 515nm,τ= 300 fs)

图为黄铜微刻的光学照片 (ʎ= 1030nm,τ= 300 fs)。

图为氮化硅介电层选择性烧蚀的SEM照片。这个过程需要特殊光束整形单元(ʎ= 1030nm,τ= 10ps)。

图为蓝宝石表面改性SEM图像(ʎ= 1030nm,τ= 300fs)。

图为玻璃表面烧蚀六角花纹的SEM照片。线宽10μm(ʎ= 515nm,τ= 300 fs)。

通过本期小课堂的讲解,相信大家对飞秒微加工有了进一步的了解,如果各位对文中提到的来自立陶宛WOP公司的FemtoLAB系统感兴趣,欢迎随时联系我们!
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