根據(jù)激光器的工作方式,激光可分為連續(xù)激光和脈沖激光。拿手電筒做個比方,始終合上按鈕就是連續(xù)工作,迅速一開一關(guān)就相當(dāng)于發(fā)出一個“光脈沖”。連續(xù)激光的輸出功率一般比較低,適合于激光通信、激光手術(shù)等場合;脈沖激光則具有較大輸出功率,適合于切割和測距等。
近年來,超短脈沖激光成為激光領(lǐng)域的先端發(fā)展趨勢。脈沖越短,激光的精度越高、釋放的能量越大。在實驗室里,激光脈沖己達(dá)到飛秒級別(1飛秒等于千萬億分之一秒)。我們知道,光一秒鐘可穿越30萬km,但它在100飛秒的時間內(nèi),只能通過人的頭發(fā)直徑那么短的距離。
2012年,德國海德堡大學(xué)物理學(xué)家約瑟夫-比勒在哥本哈根接受了由丹麥王儲弗雷德里克頒發(fā)的“2012年度歐洲發(fā)明家獎—終身成就獎”。十幾年前,約瑟夫-比勒開發(fā)出新型“超短脈沖激光”工藝,為現(xiàn)代眼科激光矯正手術(shù)發(fā)展提供了重要基礎(chǔ)。有許多人通過激光矯正手術(shù)治療,不需再佩戴眼鏡(散光、近視和遠(yuǎn)視)。在此之后,“超短脈沖激光”迅速發(fā)展成為治療老花眼和白內(nèi)障等眼科疾病的微創(chuàng)手術(shù)工具。飛秒激光器的出現(xiàn)進(jìn)一步推動該了工藝的發(fā)展應(yīng)用。這種特殊激光工藝能夠替代傳統(tǒng)機械切削作業(yè),并能有效提高作業(yè)安全性和加工質(zhì)量。約瑟夫-比勒“超短脈沖激光”相關(guān)研究工作曾受到德國聯(lián)邦教研部(BMBF)“生物光電子學(xué)”和“激光技術(shù)”兩研究計劃項目的資助。
2013年,德國耶拿大學(xué)、羅伯特·博世有限公司和通快激光公司聯(lián)合研發(fā)的超短脈沖激光精加工技術(shù),被授予德國總統(tǒng)未來獎,博世也成為第一個將超短脈沖激光投入大規(guī)模應(yīng)用的工業(yè)企業(yè)。相關(guān)研究人員說,這項技術(shù)可迅速、精確、大批量加工包括鉆石在內(nèi)的各種材料,應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛,包括用于加工越來越薄、硬度越來越高的手機顯示屏和人體耐受性更強的體內(nèi)移植物。用這種技術(shù)加工的高精度發(fā)動機燃油噴嘴可節(jié)約燃油近20%。
超快激光精密加工有兩大特點。一是“冷加工”。傳統(tǒng)的激光加工術(shù)(包括納米激光)往往會使金屬、玻璃等加工原材料受熱熔化。皮秒(一皮秒等于1000飛秒)和飛秒激光產(chǎn)生的局部高溫可達(dá)6000~C,比太陽表面溫度還高,受作用材料表面來不及產(chǎn)生熱擴散就被直接汽化。二是“超精細(xì)”。超快激光能夠聚焦到超細(xì)微空間區(qū)域,同時具有極高峰值功率和極短的激光脈沖,加工時切面整齊、無微裂紋、無材料損傷、無熔融區(qū)域。
超快激光的應(yīng)用前景廣闊。智能手機的觸摸屏最薄只有0.7mm,使用傳統(tǒng)金剛石切割玻璃基板易產(chǎn)生裂紋和毛刺,用超快激光非接觸冷加工模式能克服這些弊端。超快激光用于太陽能電池的鉆孔、刻線、劃槽以及表面紋理化,可提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率,降低生產(chǎn)成本。為治療血栓而植入人體動脈的支架,有時會生長疤痕組織,導(dǎo)致血管再次堵塞,而超快激光器加工制成的支架表面則非常光滑,大大減少了疤痕組織生長的機會..在節(jié)能環(huán)保、信息、生物、高端裝備制造業(yè)和新材料等領(lǐng)域,超短脈沖激光都有用武之地。
21世紀(jì)將成為“光的世紀(jì)”。美國全球行業(yè)分析公司預(yù)測,2015年全球以激光為主的光電子產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值將接近1萬億美元。超短脈沖激光將成為革新的生產(chǎn)工具。
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