超短脉冲激光用于大面积表面微结构加工

超短脉冲（USP）激光表面微结构加工是一项具有多种应用方向的技术，可用于制造光吸收和抗反射表面、具有抗菌性能的超亲水或疏水表面，还可用于薄膜烧蚀，以及通过表面纹理化提高材料之间的结合强度。

在半导体和显示产业中，超短脉冲激光已经被用于多种高精度加工，例如在印刷电路板上钻出具有准确直径和深度的通孔，或沿指定直线切割玻璃。这些应用通常需要对激光束参数进行精确控制，才能获得稳定的加工效果。

经过超短脉冲激光处理的微结构表面，外观有时会呈现出不规则或随机分布的特征，因此，其加工参数的重要性容易被低估。实际上，光学干涉、热烧蚀和表面流体动力学效应等多种过程会共同影响微结构的形成，而各种机制何时出现以及产生何种结果，在很大程度上取决于材料性质和激光束参数。

立陶宛维尔纽斯物理科学与技术中心近期发表的一项研究，介绍了一套用于大面积表面微结构加工的新型飞秒激光系统。

该系统利用衍射光学元件（DOE），将一束波长515纳米、脉冲宽度300飞秒的激光分成8×8阵列，共64束光束，从而扩大单次加工覆盖范围并提高生产效率。研究人员使用这套系统处理不锈钢表面，成功获得了超疏水特性。

实验采用Ophir F150(200)A-CM-16传感器测量激光功率。该传感器专门面向超短脉冲激光设计，可以准确测量光束进入DOE之前的功率，并监测实际输送到材料表面的激光能量剂量。

研究结果显示，表面微结构形貌对激光能量密度高度敏感，只有在合适的能量密度下，才能获得最大的表面疏水性。这表明，即使加工后的表面纹理看似随机，激光功率、脉冲参数和能量分布仍然是决定微结构性能的关键因素。

通过DOE进行多光束并行加工，可以在保持飞秒激光精细加工能力的同时提高大面积表面处理效率，为抗反射、抗菌、疏水以及增强材料结合强度等功能表面的规模化制造提供新的技术路径。

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原文：Surface Microstructuring with Ultrashort Laser Pulses