激光加工纳秒激光、皮秒激光、飞秒激光，你分得清吗？

每个人都熟悉激光加工，但你能分辨出你经常听到的纳秒激光、皮秒激光、飞秒激光等吗？

▌ 先搞清楚时间单位的转换

1ms (毫秒)=0.001秒=10-3秒 

1μs (微秒)=0.000001=10-6秒 1ns (纳秒)=0.0000000001秒=10-9秒 1ps (皮秒)=0.0000000000001秒=10-12秒 1fs (飞秒)=0.000000000000001秒=10-15秒 

通过了解时间单位，我们知道飞秒激光是一种极其超短脉冲的激光加工。近十年来，超短脉冲激光加工技术发展迅速。

▌ 超短脉冲激光的意义

人们很早就尝试使用激光进行微加工。然而，由于激光的长脉冲宽度和低激光强度，材料熔化并持续蒸发。虽然激光束可以聚焦成小光点，但对材料的热冲击仍然很大，限制了加工精度。只有减少热影响，才能提高加工质量。

当激光以皮秒量级脉冲时间作用于材料时，加工效果会发生显著变化。高功率密度足以剥离外层电子，因为脉冲能量急剧上升。由于激光和材料之间的相互作用时间很短，离子在将能量传递到周围材料之前已经从材料表面被烧蚀，不会对周围材料产生热影响，因此也被称为冷加工。短和超短脉冲激光器以冷加工的优点进入工业生产应用。

长脉冲激光加工 VS 超短脉冲

超短脉冲加工能量迅速注入小作用区域，瞬时高能密度沉积改变了电子吸收和运动模式，避免了激光线性吸收、能量转移和扩散的影响，从根本上改变了激光与物质的相互作用机制。

长脉冲激光加工后的部分

超快激光脉冲加工后的部分

▌ 广泛应用于激光加工

激光加工包含高功率切割、焊接；微加工之钻孔、划线、切割、纹理、剥除、隔离等，各种激光加工手段的主要用途有：

1. 钻孔

在电路板设计中，人们开始用陶瓷基底代替传统的塑料基底，以达到更好的导热效果。为了连接电子元件，通常需要在板上钻数十万个μm等级小孔。因此，在钻孔过程中，保证基底的稳定性不受热输入的影响变得非常重要。皮秒激光是该应用的理想工具。

皮秒激光可以冲击钻孔，保证孔的均匀性。除电路板外，皮秒激光还可以优质钻孔塑料薄膜、半导体、金属薄膜和蓝宝石。

100μm不锈钢薄片，钻孔，3.3ns vs 200fs ，烧蚀阈值附近有1万个脉冲：

2. 划线，切割

通过扫描的方式叠加激光脉冲可以形成线。通常要通过大量的扫描可以深入到陶瓷内部，直到线的深度达到材料厚度的 1/6。然后沿着这些刻线从陶瓷基底分离单个模块。这种分离方法称为划线。

另一种分离方法是使用超短脉冲激光烧蚀切割，也称为消融切割。激光烧蚀材料，去除材料，直到它被切割。该技术的优点是加工孔的形状和尺寸更灵活。所有的工艺步骤都可以通过皮秒激光器完成。

聚碳酸酯材料上皮秒激光和纳秒激光的划线效果不同。

3. 线烧蚀(去除涂层)

另一种常被视为微加工的应用是在不损坏或轻微损坏基材的情况下准确去除涂层。烧蚀可以是几微米宽的线，也可以是几平方厘米的大面积去除。

由于涂层的厚度通常远小于烧蚀的宽度，因此热量不能在侧面传递。因此，激光可以使用纳秒脉冲宽度。

高平均功率激光、方形或矩形传导光纤和平顶光强分布的结合使激光表面烧蚀应用于工业领域。例如：使用快速公司 TruMicro 7060 激光器去除薄膜太阳能电池玻璃上的涂层。同样的激光器也可以用来去除汽车工业中的耐腐蚀涂层，为后续焊接做准备。

4. 表面结构化

结构化可以改变材料表面的物理特性。根据荷花效应，疏水性表面结构使水从表面流出。用超短脉冲激光器在表面创建亚微米结构可以实现这一特性，并通过改变激光参数准确控制要创建的结构。

相反的效果，如亲水性表面，也可以实现，微加工也可以创造更大的结构。这些过程可用于发动机中的油箱，以减少磨损，或在金属表面与塑料焊接。

5. 雕刻成型

雕刻成型是通过烧蚀材料创造三维形状。虽然烧蚀的尺寸可能超过传统意义上的微加工范围，但它所需的精度仍然分为这种激光应用领域。皮秒激光可用于加工铣床的多晶金刚石工具边缘。

激光是加工多晶金刚石的理想工具，多晶金刚石是可以制作铣刀刀刃的极为坚硬的材料。使用雕刻成型技术来加工铣刀的切屑槽和齿，这种情形下激光的好处是非接触和高加工精度。

微加工具有广阔的应用前景，越来越多的日用品通过激光微加工进入我们的视野。

激光加工是一种无接触式加工，具有后续工艺少、可控性好、易于集成、加工效率高、材料损耗小、环境污染低等显著优点广泛应用于汽车、电子、电器、航空、冶金、机械制造等行业，对提高产品质量、劳动生产率、自动化程度、减少材料消耗起着越来越重要的作用。