由于激光微加工技術(shù)是用于透明材料的一種新的制造技術(shù)，因此可以預(yù)見微加工技術(shù)應(yīng)用于意想不到的領(lǐng)域。

從掌上型和可穿戴式顯示器到通信和計(jì)算系統(tǒng)，光子設(shè)備現(xiàn)已遍及全球。制造光子器件必不可少的材料是透明材料，例如玻璃，聚合物和晶體，我們通常希望它們具有透明和寬帶的透明性，穩(wěn)定性以及多種成分。聚焦的超快激光脈沖會在這些透明材料中引起非線性吸收效應(yīng)，從而使我們能夠在材料的表面或內(nèi)部進(jìn)行微加工。這種被稱為超快激光微加工的技術(shù)已經(jīng)有了多種應(yīng)用，例如切割、鉆孔、波導(dǎo)耦合器和分路器的直接寫入、光學(xué)動態(tài)記憶，甚至玻璃和玻璃、玻璃和金屬或玻璃和陶瓷之間界面的焊接或接合技術(shù)。

超快激光脈沖與材料的相互作用在材料加工和微加工中有潛在的應(yīng)用。在超快光脈沖中，由于光能被限制在很短的時(shí)間內(nèi)，所以可以獲得很高的峰值功率。與連續(xù)波和長脈沖激光的微加工相比，超快激光有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：創(chuàng)建微型結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)、對周圍環(huán)境沒有附帶損害、清潔的工藝外觀、小的熱影響區(qū)(HAZ)、沒有改變材料性質(zhì)、以及具有透明的材料表面或內(nèi)部結(jié)構(gòu)。超快激光微加工是超快激光應(yīng)用的一個(gè)快速發(fā)展的領(lǐng)域。因?yàn)榧庸み^程不依賴于激光波長的線性吸收，所以實(shí)際上任何電介質(zhì)、金屬或機(jī)械硬材料都可以通過相同的激光束進(jìn)行加工，以進(jìn)行表面燒蝕和內(nèi)部修飾。

超快激光可用于微加工多種材料：金屬、聚合物、半導(dǎo)體、透明材料等。然而，材料的性質(zhì)，尤其是光學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)，需要選擇合適的激光參數(shù)進(jìn)行修改。要在材料上進(jìn)行超快激光微加工，必須選擇合適的激光操作參數(shù)，例如：激光波長、重復(fù)率、激光功率、掃描通量、脈沖持續(xù)時(shí)間、偏振、束斑尺寸和質(zhì)量。以下圖片顯示了激光操作參數(shù)對透明材料激光微加工的影響。

圖1. 激光通量（每個(gè)脈沖的能量在括號中給出）有所變化：（a）12.1 J / cm 2（170μJ）（b），12.9 J / cm 2（180μJ），（c）15.0 J / cm 2（210μJ）。

圖2. SEM顯微照片，顯示了在激光鉆孔和切割后堆積在彈坑內(nèi)（a和b）和碎片（c和d）內(nèi)部和外部的碎片。

圖3. 在515 nm波長下通過10 ps的10 ps激光脈沖的10遍產(chǎn)生的50微米厚的硼硅玻璃上的切口的SEM顯微照片。

圖4. 激光產(chǎn)生的溝槽的SEM圖像證明了應(yīng)變對激光加工質(zhì)量的影響。

超快激光脈沖微加工的一個(gè)顯著特征是透明材料的內(nèi)部微加工。當(dāng)近紅外超快激光脈沖聚焦在玻璃體內(nèi)時(shí)，焦點(diǎn)體積中的強(qiáng)度變得足夠高以引起非線性吸收，這導(dǎo)致焦點(diǎn)體積中玻璃的局部改變(如下圖）。

使用超快激光脈沖的微加工技術(shù)被用于在透明材料中制造光子器件。通過在各種各樣的玻璃中平移超快激光脈沖的焦點(diǎn)，這種技術(shù)已用在三維空間中集成光子器件，包括波導(dǎo)、耦合器和光柵。作為空隙形成在透明材料中的應(yīng)用，已經(jīng)報(bào)道了3D光學(xué)數(shù)據(jù)存儲，其中空隙或納米光柵的出現(xiàn)表示二進(jìn)制值，而空隙的不存在表示二進(jìn)制值。

使用超快激光脈沖形成的大塊玻璃中的空隙陣列。

超快激光玻璃微加工最有吸引人的應(yīng)用之一是直接制造生物芯片，如微流體、光流體、微全分析系統(tǒng)，以執(zhí)行生化樣品的反應(yīng)、檢測、分析、分離和合成。為了在玻璃內(nèi)部創(chuàng)建三維微流體結(jié)構(gòu)，廣泛采用了兩種方法，即液體輔助超快激光鉆孔和超快激光輔助濕化學(xué)蝕刻。

在液體輔助超快激光鉆孔中，如下圖超快激光3D燒蝕從與蒸餾水或其他液體接觸的玻璃后表面開始。潤濕液在其形成過程中滲入激光鉆孔的通道中，并極大地促進(jìn)了清除限制在所形成的狹窄微流體通道內(nèi)的燒蝕碎屑，從而顯著減輕了深鉆時(shí)的碎屑堵塞問題。

液體輔助超快激光鉆孔示意圖

超快激光輔助濕化學(xué)蝕刻示意圖。(a)超快激光照射引起的潛像，(b)熱處理引起的改性區(qū)域，(c)化學(xué)蝕刻形成的微通道。