飞秒激光微加工技术在微加工中的应用

《飞秒激光微加工技术在微加工中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、飞秒激光微加工技术在微加工中的应用1飞秒激光加工微结构基于能量高度集中、热影响区小、无飞溅无熔渣、不需特殊的气体环境、无后续工艺、双光子聚合加工精度可达0．7μm等优势，飞秒激光在诱导金属微结构加工应用方面和精细加工方面都取得了很大的进展。(1)孔加工在1mm厚的不锈钢薄片上，飞秒激光进行了具有深孔边缘清晰、表面干净等特点的纳米级深孔加工(如图1a)；在金属薄膜上，钛宝石飞秒激光加工制备出了微纳米级阵列孔(如图1b)，孔径最小达2.5μm，孔直径在2．5～10μm间可调，最小间距可达10μm，很容易实现10-50μm间距调整。(2)金属材料表面改性1999

2、年，德国汉诺威激光中心NolteS等人首次报道了结合钛宝石飞秒激光三倍频光(260nm)和SNOM(扫描近场光学显微镜)在金属镉层制出了线宽仅200nm的凹槽。为以后的无孔径近场扫描光学显微镜(ANSOM)取代SNOM奠定了基础，获得了高达70nm的空间分辨率，开拓了远场技术在纳米范围下的物理化学特性以及输运机制的研究。(3)金属纳米颗粒加工自1993年HengleinA等人首次利用激光消融法制备金属纳米颗粒以来，许多研究小组制备出高纯度、粒度分布均匀的金属纳米颗粒。LinkH等人进一步控制飞秒激光的能流密度和照射时间，将金属纳米棒完全融化为金属纳米点。与

3、其它激光脉冲相比，飞秒激光改变的金属颗粒尺寸大小和特定形状，使金属纳米颗粒特别是贵金属(Au、Hg、Pt、Pd等)在催化、非线性光学、医用材料科学等领域具有广阔的应用前景。(4)金属掩模板加工新加坡南洋科技大学VenkatakrishnanK等人利用飞秒激光直写方法制作了以金属薄膜为吸收层、石英为基底的金属掩模板，并将前入射与后入射两种方案作了比较，发现采用前入射的方法能够得到更小的特征尺寸和好的边缘质量。并且利用飞秒激光超衍射极限加工有效地修补了金属镉掩模板的缺陷，修复的线宽达到小于100nm的精度。目前构建的飞秒激光修正光掩模板工具已在IBM的柏林顿、

4、佛蒙特州的掩模制作设备中运行。这对微电子技术的发展将具有重要意义。(5)复杂的微结构加工①耐热玻璃上的水渠道结构(图2)，边缘质量较好。但结构的精确性、表面和底端形态还有待改进；②光敏树脂里面制作的世界上最小的人造动物模型：10μm长，7μm高的公牛；③ScR500树脂内制备的约10μm的微型金字塔和房子模型；④光刻胶上飞秒双光子聚合(Two-PhotonP01ymerization：TPP)的微型蜘蛛和恐龙模型(图3)等。这些都为飞秒激光加工将在高密度内联接印刷电路板、MEMS制造、微纳米过滤技术中具有良好的工业应用前景奠定了基础。2光通信领域光通信的高

5、速率、大容量和宽带宽的发展方向，要求光电器件的高度集成化。而集成化的前提是光电器件的微型化。因此，光电器件的微型化是当前光通信领域研究的前沿和热点。近年来，相比传统的光电技术，飞秒激光微加工技术将成为新一代光电器件的制造技术。国内外学者在光波导的制备技术等诸多方面进行了有益的探索，取得了很大的进展。(1)光波导的制备光波导易于和光纤通信系统耦合且损耗小，在频域中呈现出丰富的传输特性，成为光纤器件的研究热点。与离子注入法和热扩散型离子交换法等目前常用的制作方法相比，飞秒激光制作波导在室温环境下进行，过程简单，波导结构在高温时仍能保持良好的质量和稳定性。美国学

6、者用飞秒激光制备的增益光波导长1cm，可产生3dB／cm的信号增益。大阪大学的WatanabeW等用85fs、重复频率lkHz、单脉冲能量1．5μJ的钛蓝宝石激光制作的多模干涉波导阵列，实现了高阶模输出。目前，利用计算机精密控制飞秒激光加工平台，可以在材料内部的任意位置制得任意形状的二维、三维或单模光波导。(2)光栅的制备光栅在光通讯、色散补偿、光纤传感等领域中发挥着不可替代的作用。光产业的发展，对光栅提出了更高的要求：①不同几何形状排列，如六角阵列光栅；②在光纤内部刻划，如Bragg(布拉格)光纤光栅。传统加工方法工序繁杂、制作的光栅稳定性差、寿命短。而

7、飞秒激光微加工克服了这些缺点，永久性改变折射率，改变量高达0．05，实现直接刻划，顺应了现代光栅微型化和多样化的发展趋势。MihailovS等人采用钛宝石飞秒激光在掺锗通信光纤纤芯上获得的反射Bragg光栅，具有折射率调制范围广，温度稳定性高的特点。(3)光子晶体的制备光子禁带和光子局域是光子晶体的两大特征，使其极有可能取代大多数传统的光学产品。但是微米甚至亚微米级三维复杂光子晶体的制备技术是急需解决的关键问题。飞秒激光双光子聚合法灵活，加工精度高，是制备光子晶体的理想选择。SunHB等人采用飞秒激光制出任意晶格的光子晶体，它能单独地为单个原子选址。ser

8、binJ等人采用飞秒激光双光子聚合得到结构尺寸小于200nm，周期