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透过两次激光企业收购看激光技术的发展方向

  线性吸收与非线性吸收

  然而要实现最佳能量临界点并非易事。除了上述提到的决定热影响的因素外,光学穿透深度决定了激光脉冲的哪个部分在什么深度被吸收。

  对于温和消融而言,光穿透深度应该在1μm的区域甚至更浅,这主要有三个原因:

  1、光穿透深度决定消融深度。深度太大的消融将不再被视为温和消融,因为其将导致粗糙的表面和边缘,特别是对于硬而脆的材料而言,还会有微裂纹产生。

  2、若光穿透深度过大,消融过程将变得效率低下,因为大多数激光脉冲可能不能被吸收,能量浪费较大。

  3、针对基底的选择性消融材料(如薄膜太阳能电池的绝缘体上的薄膜刻图),光的穿透深度过大可能造成基底材料的损害。

  飞秒脉冲和皮秒脉冲的线性吸收所产生的影响往往被忽视,因为脉冲的峰值功率非常高,以至于贯穿多光子过程的非线性吸收相对于线性吸收来讲占据了主导地位。如果上述情况的脉冲持续时间和能量密度的边界条件都得以满足,那么这种说法往往会产生误导。
 
为了直观地说明这一点,图1给出了硅对能量密度为1J/cm2的脉冲的吸收曲线。 对于持续时间为6ps甚至是更宽的脉冲,线性吸收都绝对超过非线性吸收占据了主导地位。即使脉冲持续时间为500 fs,这种状况也不会改变:非线性吸仍然非常低,以至于无法达到想要的1µm级的光穿透深度。

硅对能量密度为1J/cm2的激光脉冲的吸收曲线

图1 硅对能量密度为1J/cm2的激光脉冲的吸收曲线

  对于脉冲持续时间为6ps的脉冲(左图),线性吸收超过了非线性吸收占据主导地位。即使持续时间为500fs(右图)的脉冲,其非线性吸收也非常,以至于无法达到想要的1µm级的光学穿透深度。

  选择一个紫外波长,使理论上的最佳性能与实践中的(如用于硅片切割)相同。出于某种目的,在加工硅片中,使用绿光波长可能就足以满足要求。

  具有适当能量密度与波长的飞秒脉冲及皮秒脉冲,适合用于那些要求热影响非常小的材料加工应用。此外,对于皮秒脉冲的持续时间而言,产生这些脉冲的技术方法可以大大简化。无需啁啾脉冲放大(CPA)的直接二极管泵浦和放大(功率调整),对于超短脉冲技术在工业市场的成功,是非常必需的。事实上,对于工业微加工领域一种具有成本效益的应用而言,必须将平均输出功率增加到50W甚至更高。

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