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超快光纤激光器在材料微加工方面的研究进展

更新时间  2021-12-14 14:05 阅读

以前,我们通过使用光纤激光器,在技术上不断地改进与创新。综述了近几年来利用高重复频率快速光纤激光器在材料微加工方面的研究进展。在其它材料的研究中,发现了一些激光加工材料的新特性和功能,使得超快光纤激光器不仅作为一种强大的材料成型工具,而且还有望成为一种高效的材料制备工具。

脉动激光沉积制备薄膜技术已被广泛地用于新材料基础研究。高功率的纳秒级脉冲激光烧蚀将导致等离子体羽辉(羽毛状发光团)产生大量的熔滴,从而影响薄膜的质量。通过控制烧蚀羽辉,解决熔滴问题的机械和电子方法有很多。一种可供选择的方法是高重复频率超高速光纤激光器。该方法尤其适用于收集激光脉冲组成脉冲串(bursts),每个脉冲串含有数个独立的脉冲,这能实现更精确的热控制,使目标直接气化而不会产生大熔滴。

超快激光切割

利用光纤激光器系统可直接从激光光源输出脉冲串,即脉冲序列。举例来说,在进行放大前,可以使用声光调制器对50MHz的振荡器进行筛选,最后输出多级脉冲构成的脉冲串,并且连续脉冲间隔20纳秒。20纳秒的脉冲间隔很短,可能会产生多个累积效应,包括靶标物的热、烧蚀羽辉及激光脉冲之间的热,从而最终使薄膜质量达到最佳。用这种方法制备了TiO2薄膜。通过透射电镜观察发现,该膜的质量非常好,膜的表面达到了原子级的光滑度,膜与基体之间的界面十分光滑。在100毫米范围内用光学显微镜观察未见大熔滴。

近期的研究发现,激光成形的金属表面,在一定条件下,具有高度疏水性(它们不含水分)。采用线偏振和圆偏振法制备的激光诱导线形、颗粒形面扫描电子显微镜(SEM)。水滴在不锈钢表面的激光图样上显示。它的锐角小于30°,说明金属表面具有高度的疏水性,这使其能够形成由多孔固体和空气包裹在其中的空气构成的复合表面,从而减少了与水的接触。

如果能够使用高重复频率的超短脉冲激光和机器人处理大面积、超疏水金属表面,则该技术可用于制造大型户外设备,如带有防覆冰面的风力机叶。目前,业界仍在寻找有效的方法,目前较为成功的光刻法还仅限于研究实验室,且成本较高。

本文介绍了一种特殊的脉冲激光沉积工艺,即激光诱导反向转移(LIBT)技术,可用于高分辨率的激光直写。该技术利用一束激光穿过一个透明基体以烧蚀附近的目标。蒸气通过激光将其压入透明基体中,使之沉淀。LIBT技术被广泛地应用于激光领域。利用光纤激光技术,可实现大范围、连续灰度范围的图像打印,仅能在MHz级的高重复频率下实现。由电脑控制的光束扫描仪根据图像灰度等级改变扫描速度。高重频脉冲将导致多个脉冲空间重叠,相应的沉积量也会积累起来,呈现连续灰度的视觉效果。

就当前的技术状况而言,超快光纤激光器正在逐步成为微细材料加工中的一把利器。