各位对激光加工并不陌生，但对纳秒、皮秒、飞秒激光等经常听到的名词，能否区分呢？
▌ 时间单位换算
| 单位 | 转换为秒 | 科学记数法 |
|---|---|---|
| 1毫秒 (ms) | 0.001 | 10-3 |
| 1微秒 (μs) | 0.000001 | 10-6 |
| 1纳秒 (ns) | 0.0000000001 | 10-9 |
| 1皮秒 (ps) | 0.0000000000001 | 10-12 |
| 1飞秒 (fs) | 0.000000000000001 | 10-15 |
清楚了时间单位，我们知道飞秒激光是一种极短脉冲的激光加工方式。近年来，超短脉冲激光加工技术取得了显著进步。
▌ 超短脉冲激光的意义
人们很早就尝试利用激光进行微加工。由于激光的长脉冲宽度和低强度导致材料熔化并持续蒸发。虽然激光束可以聚焦成小光斑，但热冲击仍然很大，限制了加工精度。只有减少热影响才能提高加工质量。
当激光以皮秒级脉冲作用到材料上时，加工效果会显著改变。随着脉冲能量急剧上升，高功率密度足以解离外层电子。由于激光与材料交互的时间极短，离子在将能量传递到周围材料之前就已经从材料表面烧蚀掉，不会给周围材料带来热影响，因此也被称为“冷加工”。凭借冷加工带来的优势，短脉冲和超短脉冲激光器进入到工业生产中。
激光加工：长脉冲 VS 超短脉冲
超短脉冲加工能量极快地注入很小的作用区域，瞬间高能量密度沉积使电子吸收和运动方式发生变化，避免了激光线性吸收、能量转移和扩散等影响，从根本上改变了激光与物质交互机制。
长脉冲激光加工后的区域
超快激光脉冲加工后的区域
▌ 激光加工的广泛应用
激光加工包括高功率切割、焊接；微加工包括打孔、划线、切割、纹理、剥除、隔离等。各种激光加工手段的主要用途有：
1. 打孔
电路板设计中人们开始用陶瓷基底代替常规塑料基底以实现更好的导热效果。为了连接电子元件，需要在板上钻高达数十万个μm级的小孔。因此保证基底的稳定性不会受到钻孔过程热输入的影响十分重要，皮秒激光正是这种应用的理想工具。
皮秒激光能以冲击钻探的方式完成孔的加工，并保证孔的均匀性。除了电路板，皮秒激光还可以对塑料薄膜、半导体、金属膜和蓝宝石等材料进行高质量打孔。
100μm不锈钢薄片，打孔，3.3ns vs 200fs，1万个脉冲，烧蚀阈值附近：
2. 划线，切割
通过扫描方式叠加激光脉冲可以形成线。通常要通过
由于涂层的厚度远小于烧蚀的宽度，热量无法通过侧向传导。可以使用纳秒级脉冲宽度的激光。
高平均功率激光、方形或矩形传导光纤以及平顶光强分布等技术的组合，使得激光面烧蚀得以在工业领域广泛应用。例如，使用通快的 TruMicro 7060 激光器可以高效去除薄膜太阳能电池玻璃上的涂层。同样的激光器也可用于汽车工业中，去除腐蚀性涂层，为后续焊接做好准备。
4. 表面结构化
激光结构化可以大幅改变材料表面的物理特性。根据荷花效应，疏水性表面结构可以使水滴从表面快速滚落。使用超短脉冲激光器在表面创建亚微米结构即可实现这种特性，而且可以通过调节激光参数精确控制所要创建的结构。
相反的效果，例如亲水性表面，同样可以实现。微加工还可以创造更大尺寸的结构。这些工艺可以用于制造降低磨损的微结构（例如发动机中的油箱）、或在金属表面进行结构化以实现与塑料的焊接。
5. 雕刻成型
雕刻成型是通过烧蚀材料创造三维形状。儘管烧蚀的尺寸可能超过传统意义上所谓的微加工范围，但其所需的精度仍将其划分为此类激光应用领域。皮秒激光可用于加工铣床的多晶金刚石刀具边缘。
激光是加工多晶金刚石的理想工具，这种材料非常坚硬，可用于制作铣刀刀片。雕刻成型技术可用于加工铣刀的切屑槽和齿，在这种情况下，激光的优势体现在非接触且加工精度高。
微加工具拥有广阔的应用前景，越来越多的生活用品正通过激光微加工进入我们的视野。
激光加工属于无接触式加工，具有后续工艺少、可控性好、易于集成、加工效率高、材料损耗小、环境污染低等显著优势，已广泛应用于汽车、电子、电器、航空、冶金、机械制造等行业，对提高产品质量、劳动生产率、自动化程度、减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用。
