飞秒激光微纳加工的原理基于飞秒激光的独特物理特性，通过非线性光学效应实现高精度、高效率的微纳结构制备。以下是其核心原理的详细解析：
一、飞秒激光的特性
飞秒激光以极短脉冲形式存在，脉冲宽度通常在飞秒（10⁻¹⁵秒）到皮秒（10⁻¹²秒）范围内。这种超短脉冲具有以下特点：
-
超短脉冲宽度 ：能量高度集中，可避免热扩散和机械应力，实现“冷加工”；
-
高峰值功率 ：在极短时间内释放巨大能量，满足微纳加工精度要求；
-
高重复频率 ：可连续进行多次加工，提高生产效率。
二、核心加工原理
飞秒激光微纳加工主要基于以下物理过程：
-
光致折射率变化
激光照射材料表面时，通过调节激光强度和频率，可引发材料折射率的瞬时变化，从而实现局部结构调控。
-
多光子吸收效应
材料中的电子可吸收多个光子，跃迁至激发态，这一过程对透明材料加工尤为有效，且不产生显著热效应。
-
光致分解与等离子体效应
高能量激光可导致材料分解为微小颗粒（光致分解），或引发等离子体反应，实现材料去除或改性。
-
双光子聚合（SPA）
通过特定波长的激光激发材料产生二次谐波，实现精确的微纳结构沉积，常用于光刻和功能材料制备。
三、技术优势
-
高精度与高速度 ：非接触式加工可避免传统激光的机械损伤，加工速度显著提升；
-
材料兼容性 ：适用于金属、玻璃、聚合物等多种材料的加工；
-
表面质量优异 ：可实现亚微米级分辨率结构，表面粗糙度降低。
四、应用领域
飞秒激光微纳加工技术已广泛应用于光学（如微透镜、波导）、微电子（如芯片制造）、生物医学（如组织工程）等领域。随着技术进步，其精度和效率仍在持续提升。
