[发明专利]用于确定给定材料的高重复率飞秒激光烧蚀法操作条件的方法及用于在确定材料的各部分之间进行激光焊接的方法

说明书

本发明提供了一种用于确定给定材料的高重复率飞秒激光烧蚀法的操作条件的方法，包括确定适于在材料中产生烧蚀坑的激光脉冲突发的一组参数的第一步骤，该组参数包括介于几百MHz至100GHz之间的突发内重复频率f；等于加热和烧蚀脉冲数N的激光脉冲突发的脉冲数N，其中Nc由等式Nc＝(L².f)/D定义，其中L表示测试深度，D表示待烧蚀材料的热扩散系数，其中Nc大于或等于10；脉冲突发的特征总注量FT_char；以及低于单个激光脉冲对材料的烧蚀阈值注量Fs1的每脉冲特征注量F_char＝FT_char/NC。

技术领域

本发明一般地涉及激光烧蚀和焊接方法的领域。

更具体地说，涉及通过激光脉冲突发(burst)或连续的激光脉冲突发，以GHz级的高重复率，激光烧蚀材料表面的方法的领域。

背景技术

通过微秒、纳秒、皮秒或飞秒激光脉冲对材料进行表面烧蚀是当今广泛用于以受控方式(钻孔、切割、结构化)修改材料表面的技术。所涉及的材料是多种多样的，例如包括半导体、金属、介电材料或生物组织。

飞秒脉冲通常会带来最好的工艺，但这些脉冲的烧蚀效率也低于纳秒量级的较长脉冲。拥有更高平均功率的激光器的最新可能性允许使用MHz量级的更高重复率来缩短生产时间。然而，激光器使用这些高重复率发送脉冲会产生不希望的热累积现象。这种不希望有的热累积现象降低了材料的烧蚀质量。因此，开发旨在提高给定材料表面烧蚀质量的替代方法至关重要。

在某些特定情况下，最近在科学文献中表明，飞秒激光脉冲的高重复率(大于10MHz至大约1GHz)可以显著提高烧蚀效率。在这种情况下，操作参数的数量非常多：激光的波长、激光发送的脉冲的重复率、脉冲的持续时间、脉冲的能量、聚焦、脉冲的平均功率，待烧蚀材料等等。如此大量的操作参数使得很难确定最适合给定材料的操作参数。此外，在科学文献中，通过飞秒脉冲突发，以GHz重复率对材料进行激光烧蚀的机制的确切性质仍然存在争议。

根据现有技术，当激光脉冲的注量(fluence)等于针对每种材料确定的烧蚀阈值时，材料表面发生烧蚀。

发明内容

本发明还涉及一种没有材料损耗的高重复率激光焊接方法。

因此，根据本发明提供了一种用于确定用于给定材料的高重复率飞秒激光烧蚀的方法的操作条件的方法，包括确定适于在所述材料中产生烧蚀坑的激光脉冲突发的一组参数的第一步骤，所述一组参数包括介于几百MHz至100GHz之间的突发内(intra-burst)重复频率f、大于或等于10的所述激光脉冲突发的脉冲数N、所述脉冲突发的特征总注量FT_char和低于单个激光脉冲对所述材料的烧蚀阈值注量Fs1的每脉冲特征注量。

有利地，所述激光脉冲突发的所述脉冲数N大于或等于加热和烧蚀脉冲数Nc，其中Nc由等式Nc＝(L².f)/D定义，其中L表示测试深度，D表示待烧蚀材料的热扩散系数，Nc大于等于10，并且其中所述每脉冲特征注量等于F_char＝FT_char/Nc。