利用皮秒脉冲激光，劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的研究人员发现了一种激光烧蚀的有效机制，将有助于在许多工业激光加工中使用低能量、低成本的激光。

这项新技术利用短波长、高能量密度的激光脉冲产生冲击波以熔化目标材料，随后在表面张力作用下，材料熔融层处于弛豫状态，最终通过空化效应（不稳定的气泡增长）使材料喷射出来。

研究中使用的皮秒激光材料烧蚀模型

研究人员将实验研究和增强计算机模拟相结合，针对以前从未探索的激光能量和波长范围，研究了皮秒激光烧蚀铝、不锈钢和硅材料等过程。结果表明，与长波长的脉冲激光相比，只要能量密度达10 J/cm2以上，紫外皮秒激光脉冲便可消耗更少的能量以去除更多的材料。

NIF与光子光学的科技副首席主任Jeff Bude评论称：“我们发现，在能量密度超过10 J/cm2的范围内，紫外激光脉冲的材料去除率将发生跃升，与能量密度、长波长的表现非常不一样。同时，伴随着去除率的提高，去除给定体积材料物质所需要的能量将减少，因而实现刻蚀效率的跃升。”

Bude补充说：“这项研究很有趣，表明了一种不同的作用机制存在的可能性。皮秒激光烧蚀将提供一个很好的测试案例，以探索至今仍未被深入研究地烧蚀物理学。”

“我们实验室所具备的独特的建模和仿真能力确实促成了这一发现，”LLNL分析师、论文第一作者Wes Keller表示，“这是一个特别具有挑战性的难题，激光能量沉积过程与材料的液相动力响应紧密关联，因而需要如HYDRA一样的独特代码，才能具备所需要的综合能力。”

研究结果还表明，在成本、效率、烧蚀控制方面，皮秒激光优于常用的飞秒激光；此外，皮秒激光提供了频率转换功能，具有波长灵活性。

消息来源：

http://optics.org/news/10/4/16

编译：云光子

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