1．引言

　　從1960年臺紅寶石激光器誕生至今，人們對激光技術的探索從未曾止步。因其優越的特性越來越多的為人們所知，更多的應用將被發掘出來，尤其是對高新技術比較敏感的工業領域。可以說，就人類社會發展的現階段，工業需求是社會發展的最強大的動力。激光應用于工業加工領域已經有20多年的歷史，激光在工業領域的應用的深度和廣度都已經達到了前所未有的階段。

　　2．激光加工工業的發展

　　在臺激光器誕生之初，功率較低，系統整體較大，實際上無法直接應用于工業加工領域。在這之后的幾十年里，隨著激光技術的發展，新的激光介質的出現，激光技術瓶頸的突破，激光器無論從深度上還是廣度上都有很大的進步。激光在工業中的應用之多，數不勝數，如：激光印刷，刻錄，打標，雕刻，焊接，切割，毛化，調阻，熔敷等等，且潛力巨大。

　　從上世紀80年代開始，從深度上來看，激光加工工業的發展主要經歷了三個階段：

　　階段是納秒激光器應用階段。調Q技術獲得的納秒脈沖，其峰值功率遠高于平均功率，能夠實現連續激光器無法達到的高瞬時功率密度，從而瞬間超過材料破壞閾值，實現刻蝕效果。

　　第二階段是本世紀伊始，SESAM（半導體可飽和吸收鏡）使皮秒激光技術迅猛發展，并很快應用于工業中。皮秒激光器一直以來都是通過染料進行鎖模，但是染料需要循環，且經常容易漂白而影響鎖模的穩定性。SESAM不但能夠代替染料進行鎖模，而且能夠實現自啟動。在此背景下，迅速涌現出了眾多商業化的工業級皮秒激光器。

　　相較納秒激光，皮秒激光器以其更短的脈沖寬度，更高的峰值功率，能夠實現更精細的加工效果。因此，一時間，精細加工成為熱點話題。

　　然而，真正做到精細加工是在飛秒激光下實現的，這也是我們說的第三階段。我們首先來看激光與固體之間的相互作用機理：

　　（1）激光首先激發的是固體的電子，在100飛秒的時間內電子吸收光子的能量而躍遷到高能級；

　　（2）由于電子相對于晶格的溫度更高，因此其處于非平衡態。為了達到平衡，電子會在1皮秒的時間內將能量傳遞給晶格；

　　（3）在10皮秒的時間內，這些能量將被逐步傳遞到材料內部。

　　因此，對于10皮秒左右的皮秒激光加工，材料有足夠的時間把熱量傳遞到其內部，然后才發生刻蝕作用，因此熱效應實際上無法避免。而對于飛秒激光而言，脈沖作用時間已經實際小于1皮秒，電子沒有足夠的時間將能量傳遞給晶格。從而在材料表面生成眾多等離子體，能量伴隨著材料的去除而消散，因此出現強烈的刻蝕效果。也就是說，當激光脈寬遠遠小于晶格的受熱時間時，燒蝕時間不依賴于激光脈寬。

　　從上面三個階段，我們可以看到，激光加工的發展與激光器的發展基本上是同步的，一個新的技術突破，就可能迎來激光工業應用的飛躍，當然，也會帶來新的疑問：

　　，皮秒激光器既然無法完全避免加工時的熱效應，那是否它就對精細加工就沒有意義，或者說已經失去了存在的價值和必要性？

　　當然不是。皮秒激光雖然無法實現精細的冷加工，但相對于飛秒激光器，價格較低，且結構相對簡單，功率較高。因此，對于這樣一個超短脈沖技術的過度性產品，如何充分利用就值得我們思考了。目前比較值得借鑒的方法是，將皮秒激光進行三倍頻，利用紫外光于材料的“光蝕”作用，高能量的光子通過“冷”處理直接破壞材料的化學鍵，從而減小加工的熱效應，實現“冷”加工。目前，該系統對于透明性材料加工有其較大的優勢。此類激光器很多，例如Photonics industry公司的15ps的355nm激光器。

　　第二，飛秒激光器能夠實現非熱刻蝕，那是不是脈沖寬度越短，加工越精細呢？實際上，刻蝕效果與六個主要因素有關：平均功率，脈寬，波長，譜寬，單脈沖能量，頻率。

　　一般來說，脈沖寬度越短，就很難獲得高平均功率，因此，從這方面來說，短脈沖是以犧牲平均功率為代價的。

　　另外，脈沖寬度越窄，譜寬就會越大，因此，色差也會影響加工效果。

　　其次是波長的影響，對于一般材料而言，波長對刻蝕效果影響不大，只有在對透明材料（如SiO2）進行加工的時候才考慮，而且應該考慮波長的問題。如前面所說，透明材料對紫外光有強烈的吸收，而對于可見和紅外光的透過率卻很高。因此通常將超快激光的三倍頻光用來加工。對于幾十飛秒的激光器而言，光譜寬度達到20nm，甚至是50nm，因此三倍頻效率非常低。而皮秒激光器卻能獲得較高的三倍頻率輸出。