飛秒激光以其獨特的特性，如超短脈沖寬度和極高峰值強度，為材料加工開辟了新的途徑，展現了比其他傳統激光在多種材料加工方面更為優越的性能。飛秒激光加工最重要的特點之一是可通過抑制熱影響區實現超高質量超高精度微納加工。

飛秒激光已被廣泛應用于商業用途，比如電子、汽車和醫療部件的微加工和整形；智能手機和顯示器玻璃和藍寶石襯底的劃線和切割；硅太陽能電池抗反射表面的納米結構，以及硒化銅銦鎵（CIGS）、硒化銅銦（CIS）和無機太陽能電池的刻劃和圖案化；微型發光二極管（LED）顯示器的缺陷修復和邊緣切割；以及醫用支架的制造。

為進一步推動飛秒激光在商業和工業領域的應用，其生產量亟需提高。增加激光脈沖強度和/或重復率較容易提高生產量。目前，已有研究團隊證實GHz重復頻率的飛秒激光脈沖串可提高燒蝕效率和燒蝕質量。

據麥姆斯咨詢報道，近期，日本理化學研究所先進光子學中心（RIKEN Center for Advanced Photonics，RAP）的一個研究項目展示了在GHz頻率下以“脈沖串模式（burst mode）”工作的飛秒激光如何在硅襯底上構建獨特的二維（2D）激光誘導周期性表面結構（LIPSS）。

這項工作建立在日本理化學研究所先進光子學中心之前的研究基礎上，即關于飛秒激光脈沖序列與傳統單脈沖方法相比如何提高表面燒蝕效率和燒蝕質量。GHz脈沖串模式對于燒蝕也很有吸引力，因為其可以改善加工區域的熱擴散，從而提高燒蝕效率，但日本理化學研究所先進光子學中心的項目研究了相同的激光脈沖串是否也可能產生更復雜的效果。

單脈沖模式 vs.GHz脈沖串模式

正如International Journal of Extreme Manufacturing期刊上所報道的那樣，這種新方法比更簡單的燒蝕工藝構建了更復雜的表面納米結構。這可能會開辟微米和納米制造的新途徑。“激光誘導周期性表面結構的形成是一種眾所周知的現象，通過利用多個線偏振激光脈沖照射材料表面，甚至在空氣中，在不同的固體表面上實現微納結構。”日本理化學研究所先進光子學中心評論道，“利用GHz脈沖串模式制造2D激光誘導周期性表面結構的能力將提供形成更多功能化表面的可能性，從而使應用更加多樣化。”

飛秒激光加工的新商業應用

在晶體硅襯底的試驗中，GHz脈沖激光不僅能夠產生垂直于激光偏振的一維結構（該結構由單脈沖模式激光產生），而且還能產生其他平行于激光偏振的周期性結構以創建二維晶格圖案。

根據日本理化學研究所先進光子學中心研究團隊的說法，超短脈沖激光在表面上的復雜作用涉及三個不同的非線性吸收過程，以及能量轉移、聲子激發和物理燒蝕。對于傳統的單脈沖激光源，這些相互作用發生在激光和靜態材料之間，但對于GHz脈沖串模式，每個脈沖與激發的材料相互作用，與之前的脈沖相比，這會產生非常不同的結果。

“這是一個獨特的物理過程，傳統的單脈沖模式無法實現和控制。”日本理化學研究所先進光子學中心評論道，“如果2D激光誘導周期性表面結構的制造可提供具有多種應用的功能化表面，那么該研究的商業化可能很快就會跟進。”

日本理化學研究所先進光子學中心Koji Sugioka表示：“該結果可能為GHz脈沖串模式用于除燒蝕以外的加工提供了一種新的可能性，包括微鍵合、結晶、拋光、雙光子聚合和內部光波導寫入。我們相信GHz脈沖串模式將打開飛秒激光加工的新途徑。”

審核編輯 ：李倩