超快光纖激光器在材料微加工方面的研究進展

以前，我們通過使用光纖激光器，在技術上不斷地改進與創新。綜述了近幾年來利用高重復頻率快速光纖激光器在材料微加工方面的研究進展。在其它材料的研究中，發現了一些激光加工材料的新特性和功能，使得超快光纖激光器不僅作為一種強大的材料成型工具，而且還有望成為一種高效的材料制備工具。

脈動激光沉積制備薄膜技術已被廣泛地用于新材料基礎研究。高功率的納秒級脈沖激光燒蝕將導致等離子體羽輝(羽毛狀發光團)產生大量的熔滴，從而影響薄膜的質量。通過控制燒蝕羽輝，解決熔滴問題的機械和電子方法有很多。一種可供選擇的方法是高重復頻率超高速光纖激光器。該方法尤其適用于收集激光脈沖組成脈沖串(bursts)，每個脈沖串含有數個獨立的脈沖，這能實現更精確的熱控制，使目標直接氣化而不會產生大熔滴。

利用光纖激光器系統可直接從激光光源輸出脈沖串，即脈沖序列。舉例來說，在進行放大前，可以使用聲光調制器對50MHz的振蕩器進行篩選，最后輸出多級脈沖構成的脈沖串，并且連續脈沖間隔20納秒。20納秒的脈沖間隔很短，可能會產生多個累積效應，包括靶標物的熱、燒蝕羽輝及激光脈沖之間的熱，從而最終使薄膜質量達到最佳。用這種方法制備了TiO2薄膜。通過透射電鏡觀察發現，該膜的質量非常好，膜的表面達到了原子級的光滑度，膜與基體之間的界面十分光滑。在100毫米范圍內用光學顯微鏡觀察未見大熔滴。

近期的研究發現，激光成形的金屬表面，在一定條件下，具有高度疏水性(它們不含水分)。采用線偏振和圓偏振法制備的激光誘導線形、顆粒形面掃描電子顯微鏡(SEM)。水滴在不銹鋼表面的激光圖樣上顯示。它的銳角小于30°，說明金屬表面具有高度的疏水性，這使其能夠形成由多孔固體和空氣包裹在其中的空氣構成的復合表面，從而減少了與水的接觸。

如果能夠使用高重復頻率的超短脈沖激光和機器人處理大面積、超疏水金屬表面，則該技術可用于制造大型戶外設備，如帶有防覆冰面的風力機葉。目前，業界仍在尋找有效的方法，目前較為成功的光刻法還僅限于研究實驗室，且成本較高。

本文介紹了一種特殊的脈沖激光沉積工藝，即激光誘導反向轉移(LIBT)技術，可用于高分辨率的激光直寫。該技術利用一束激光穿過一個透明基體以燒蝕附近的目標。蒸氣通過激光將其壓入透明基體中，使之沉淀。LIBT技術被廣泛地應用于激光領域。利用光纖激光技術，可實現大范圍、連續灰度范圍的圖像打印，僅能在MHz級的高重復頻率下實現。由電腦控制的光束掃描儀根據圖像灰度等級改變掃描速度。高重頻脈沖將導致多個脈沖空間重疊，相應的沉積量也會積累起來，呈現連續灰度的視覺效果。

就當前的技術狀況而言，超快光纖激光器正在逐步成為微細材料加工中的一把利器。