14、激光微加工与超音速激光沉积技术研究

激光微加工与超音速激光沉积技术研究

1. 光子纳米射流激光微加工

光子纳米射流激光微加工是一种新兴的纳米级加工方法，旨在实现高纵横比形状的加工。

1.1 无间隙光子纳米射流加工

在无间隙光子纳米射流加工中，其能量密度可增强至入射激光束能量密度的约10倍。通过观察加工孔的横截面轮廓，发现加工孔周围有凸起。这是因为排列在硅基板上的微球阻止了烧蚀材料的移除，导致烧蚀材料在加工孔周围堆积。虽然低通量可以实现孔加工，但加工质量不高。

1.2 有间隙光子纳米射流加工

产生有间隙的光子纳米射流需要较大的激光照射光斑直径，因此难以获得高于5 mJ/cm²的通量。实验中采用5 mJ/cm²和2.5 mJ/cm²的通量进行孔加工，照射脉冲数调整为160,000，在12个点进行加工。
- 加工效果 ：在微球的入射通量低至2.5 mJ/cm²时仍可进行孔加工。5 mJ/cm²时12个点都能加工出孔，2.5 mJ/cm²时12个点中有1个点可以加工出孔。
- 尺寸特性 ：孔的直径和深度随通量的增加而增加，使用有间隙的光子纳米射流可实现亚微米级的孔直径。
- 能量增强 ：通量阈值Fth为100 mJ/cm²，但使用有间隙的光子纳米射流时，2.5 mJ/cm²的入射通量就能实现孔加工，这表明有间隙的光子纳米射流的能量密度增强至入射激光束能量密度的约40倍。与无间隙的光子纳米射流相比，有间隙时可以用更低的通量进行孔加工，说明远离微球表面位置的能量密度高于微球表面位置的能量密度。
- 加工质量 <