如今，超快激光器 （飛秒和皮秒脈寬）是工業(yè)生產(chǎn)過程中的一個重要組成部分。憑借其高質(zhì)量的非熱材料加工能力，再加上在激光技術(shù)、工藝開發(fā)、光束控制和傳輸?shù)确矫娴倪M(jìn)步，從而進(jìn)一步擴(kuò)大了超快激光器在工業(yè)市場上的應(yīng)用范圍。不過，為了維持投入和產(chǎn)出的平衡，必須同時滿足以下條件：首先必需證明其在工業(yè)加工過程中的技術(shù)可行性，由于超快激光和物質(zhì)之間的相互作用具有獨特性，因而需要對這一過程有一個精細(xì)的科學(xué)的理解；其次，工業(yè)生產(chǎn)的生產(chǎn)率必須確保能給終端用戶帶來與其投資相匹配的收益，這勢必推動在光束控制和傳輸方面的進(jìn)步，以充分利用潛在的加工速度。 '5}@#Mi  
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　　消費電子產(chǎn)品領(lǐng)域顯然提供了最多的證據(jù)。手機(jī)、微處理器、顯示器、內(nèi)存芯片都是極其復(fù)雜的組件，由大量的不同材料、尺寸很小、厚度極小的多層材料組成。因而需要先進(jìn)的、高精密度的加工能力，以及在經(jīng)濟(jì)上可行的大批量生產(chǎn)的能力。下面舉例說明為什么我們需要同步發(fā)展加工、激光技術(shù)以及新的光束傳輸技術(shù)，來滿足目前以及未來可能出現(xiàn)的挑戰(zhàn)。 kmM->v  
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　　制造手機(jī)、平板電腦或電視用的平板顯示器是如今最復(fù)雜的技術(shù)之一，困難程度類似或更甚于二十世紀(jì)六十年代的阿波羅計劃。不同的生產(chǎn)步驟涉及了大量不同的材料，它們具有微米級的橫向分辨率和數(shù)十納米的厚度。由于整個過程都很有難度，將工業(yè)生產(chǎn)率（能通過嚴(yán)格的質(zhì)量檢測的產(chǎn)品比例）視為一項機(jī)密和挑戰(zhàn)也就不足為奇了。一個關(guān)鍵的限制是壞點在面板上的存在，這將阻礙屏幕的商業(yè)化。在過去幾年中開發(fā)了幾種不同的修復(fù)工藝，通常都涉及多波長納秒激光器。例如，通過激光碳化或者切割控制像素的薄膜晶體管的電極，來修復(fù)一個亮的像素（圖1）。 3>%:%bP  
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　　當(dāng)前的技術(shù)已經(jīng)達(dá)到極限。因為在高清屏幕的分辨率方面的進(jìn)步，像素的尺寸變得越來越小，與之相關(guān)的納秒激光器加工的熱效應(yīng)限制了修復(fù)的質(zhì)量。此外，包括有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）和有源矩陣發(fā)光二極管（AMOLED）在內(nèi)的新的顯示技術(shù)廣泛使用了有機(jī)和高分子材料，這些材料對加熱高度敏感，因而與熱處理格格不入。由于脈沖持續(xù)時間非常短，所以超快激光實際上很適合非熱微加工，也不會產(chǎn)生熱。它們在先進(jìn)的屏幕修復(fù)加工領(lǐng)域的應(yīng)用日益擴(kuò)大，從而推動了新一代緊湊的高速多波長超快激光器的發(fā)展。 3?s1Yw>?  
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　　一些工業(yè)加工過程已經(jīng)開始利用高精度的超快激光加工。這包括選擇性燒蝕（通�？梢詫崿F(xiàn)精確到30nm/脈沖的燒蝕率），以及高精度薄膜晶體管電極切割，切割寬度小于2μm。這些加工過程需要開發(fā)先進(jìn)靈活的光束整形技術(shù)，以獲得平頂光束并確保其均勻傳輸，并能塑形成樣品的形狀，尺寸低至2×2μm。
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　　在另外一個例子中，半導(dǎo)體電路變得越來越復(fù)雜，它們要求在更小的尺寸上集成更多的功能。因此，現(xiàn)在的晶片是由許多層的多種材料組成，例如適用于快速運行的低介電常數(shù)材料。半導(dǎo)體制造業(yè)中的一個重要的過程就是晶圓的劃切和分離，即將一個晶圓切割成單獨的晶片（如圖2）。傳統(tǒng)上來說是用金剛石鋸的加工方法，但是目前的技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了極限。由于低介電常數(shù)材料的脆性、較低的厚度和較多的層數(shù)，發(fā)生裂紋和分層剝離等負(fù)面影響的幾率不斷升高。 frUO+  
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　　盡管紫外納秒激光加工的使用獲得推動，但是納秒激光加工帶來的熱效應(yīng)仍然大大限制了加工結(jié)果的質(zhì)量。另一方面，超快激光展示出在加工硅和高質(zhì)量多層材料方面的能力。直到最近，超快激光在平均功率方面的限制仍然是一個主要的問題，這嚴(yán)重限制了總的生產(chǎn)效率。如今具備高可靠性的工業(yè)級飛秒激光器的功率在50-100W之間，這使其生產(chǎn)能力可以與工業(yè)要求相匹配。 7 |Q;E|=-Y  
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　　超快激光是先進(jìn)的微加工過程的一個重要組成部分，它們在質(zhì)量控制和測量方面起著重要作用。RudolphTechnologies公司最近為半導(dǎo)體行業(yè)推出了一款測量不透明薄膜厚度的新型工具。該系統(tǒng)基于聲波測量，使用了一種非常短的激光產(chǎn)生的超短脈沖。這種超聲脈沖在各層表面反射的時間是通過高精度的泵浦-探測技術(shù)來測量的。 (}MN16!  
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　　在另外一個例子中，法國CAMECA公司可以實現(xiàn)半導(dǎo)體和金屬樣品的原子級分辨率的3D成像和分析表征。這個驚人的測量過程是基于原子探針層析技術(shù)，即使用超快激光器來照射樣品的納米半徑尖端（如圖3所示）。如果能精細(xì)地控制激光的功率，那么就不會出現(xiàn)激光燒蝕，而是發(fā)生適度的原子蒸發(fā)，然后每個原子被送到位置傳感探測器，從而確定該原子來自哪一個位置。同時，利用飛行時間質(zhì)譜儀來測量原子的質(zhì)量，從而確定該尖端的組成成分。然后，逐層進(jìn)行三維重建。該方法在半導(dǎo)體行業(yè)用于監(jiān)控半導(dǎo)體材料的成分和雜質(zhì)，以及在冶金材料中用于精細(xì)控制冶金合金的質(zhì)量。 6Jd.Eg ~A7  
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　　高功率、高可靠性激光系統(tǒng)的出現(xiàn)使得激光加工以及質(zhì)量控制大幅提升。更具體地說，平均功率在50到200W的超快激光器能夠提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)力，從而擴(kuò)大其在新領(lǐng)域的應(yīng)用。然而，如此高功率激光的光束控制和傳輸卻并不容易。要想保本盈利，則需要加工速度達(dá)到100m/s，同時保持微米級的定位精度。當(dāng)前一代的振鏡掃描器已經(jīng)達(dá)到了極限，亟待新方法的產(chǎn)生。 .y>G/8_i  
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　　ESI公司推出了一個結(jié)合振鏡和聲光技術(shù)的混合加工系統(tǒng)。當(dāng)在一個較高的加工速度下操作時，掃描振鏡的慣性意味著執(zhí)行的滯后，例如一個急轉(zhuǎn)彎，所以加工出來的結(jié)構(gòu)不會和設(shè)計的形狀相同。然而，聲光調(diào)制器表現(xiàn)出極靈敏的反應(yīng)性，不過是在非常小的范圍。將振鏡運動和聲光偏轉(zhuǎn)結(jié)合起來，能夠精確同步，從而克服這一局限性。這種技術(shù)在互聯(lián)數(shù)字電路的圖形制造中尤其有用，這是因為它們變得越來越集成，因而需要增加布線密度。 9_lWB6