超短脈沖激光器技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用和其他成熟的激光技術(shù)相比，尚處于初期階段，關(guān)鍵在于激光和材料之間的相互周期。在冷加工領(lǐng)域里，材料和激光的相互周期是10皮秒以下，與打標(biāo)和燒蝕相比，相互周期短了近1000倍。轉(zhuǎn)瞬間，材料因?yàn)槭艿礁吣芰棵芏鹊挠绊?，而產(chǎn)生一個(gè)非線性吸收的效應(yīng)，這是使材料瞬間升華。
在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、柴油與汽油注射器的噴油嘴加工中，就利用了超短脈沖激光器，在噴油嘴上鉆出細(xì)微的小孔。激光能鉆出排列復(fù)雜以及非一致的細(xì)微孔徑。這種結(jié)構(gòu)能使發(fā)動(dòng)機(jī)提高燃燒效率，產(chǎn)生高達(dá)20%的燃料節(jié)省率。激光也不會(huì)受發(fā)動(dòng)機(jī)級(jí)別的限制，是一種高柔性的制造工具。所以不論是城市小轎車所用的小型發(fā)動(dòng)機(jī)或是豪華轎車的較大型發(fā)動(dòng)機(jī)，都能運(yùn)用這項(xiàng)技術(shù)。
激光在1s內(nèi)發(fā)出了無(wú)數(shù)個(gè)脈沖，輻射在材料上。每個(gè)單脈沖都能幾乎不產(chǎn)生熱效應(yīng)的去除材料。噴油嘴的孔徑一般在0.05–0.2mm之間。同時(shí)，不同的鉆孔工藝，包括沖擊鉆孔、螺旋鉆孔等，可以滿足不同的直徑需求，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)工差在1μm以內(nèi)的高精度。超短脈沖激光鉆孔也基于冷加工的理念，在鉆孔過(guò)程中所產(chǎn)生的粉塵能輕易地使用排氣管吸走，不留下沉積物。因此超短脈沖能高效地鉆出高質(zhì)量的孔，而不需后續(xù)加工。
當(dāng)激光以皮秒量級(jí)的脈沖時(shí)間作用到材料上時(shí)，加工效果會(huì)發(fā)生顯著變化。隨著脈沖能量急劇上升，高功率密度足以剝離外層電子。由于激光與材料相互作用的時(shí)間很短，離子在將能量傳遞到周圍材料之前就已經(jīng)從材料表面被燒蝕掉了，不會(huì)給周圍的材料帶來(lái)熱影響，因此也被稱為“冷加工”。憑借冷加工帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)，短與超短脈沖激光器進(jìn)入到工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用當(dāng)中。
超快激光微納加工的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，包括消費(fèi)電子、生物醫(yī)療、航空航天、智能產(chǎn)業(yè)等。尤其是隨著智能時(shí)代的來(lái)臨，人工智能AI、5G通信、物聯(lián)網(wǎng)IoT對(duì)微型化、集成化、精密化提出了更高要求。超快激光微納加工能很好地滿足柔性材料、硬脆材料、復(fù)合材料的加工要求，因此能助力半導(dǎo)體晶片處理、天線加工、導(dǎo)波器件制備、傳感器件制備、OLED加工等應(yīng)用。
