pdf烧蚀

A. 光学零件加工技术

由于激光具有方向性好，高能量和单色性好等一系列优点，自六十年代问世以来，就受到科研领域的高度重视，推动了诸多领域的迅猛发展，尤其是激光在加工领域中的应用。传统的激光加工机在工业产品中，已得到了广泛应用，近年来在激光微加工方面也受到广泛重视。

激光微加工对生产具有小孔或细小沟槽结构复杂的电子器件、医疗和汽车制品有重大意义。因为这类产品孔的直径和沟槽尺寸越来越小，而这些尺寸的公差越来越严格。只有激光才能满足对微加工零件提出的从1μm到1mm的所有要求。激光加工热作用区域小，可以准确地控制加工范围和深度，保证高的重复性，良好边缘和广泛的通用性[1]。

在微系统制造中，人们广泛采用硅各向异性刻蚀和LIGA(利嗄)技术加工各种微型结构。前者适合加工硅的二维结构和小深宽比的三维结构；后者能够加工精密的三维结构，不仅适用于硅而且也适用于加工金属、塑料和陶瓷。然而这种技术要求的条件比较苛刻，它需要同步辐射X射线源，而且模的制作也很复杂，因此很难普及。还有一点也必须指出，LIGA工艺与IC不兼容，这在一定程度上限制了它的使用。

90年代初发展起来的激光微加工工艺既能加工出较为复杂的微型结构，且所要求的条件又不那么苛刻，在实验室和工厂较容易实现[2]。

激光微加工所涉及的应用领域较宽，本文着重介绍激光束在UV（紫外）波段或532nm和1.06μm段激光微加工的应用,工作状态为脉冲状态,加工应用的范围为微电子和微机械（MEMS）。激光束的其它应用不在本文赘述。

2.脉冲激光直接微加工技术

脉冲激光直接微加工技术是利用高能量激光脉冲对固体直接加工，主要是基于激光烧蚀过程。在烧蚀过程中，固体材料所吸收的激光能量使材料从加工表面喷射出来。激光和固体间的烧蚀作用与固体材料以及脉冲激光参数密切相关。脉冲激光参数主要包括激光的波长、脉冲宽度和脉冲强度。在适宜的条件下，几乎所有的固体材料脉冲激光都能够加工，而且现在经研究已经建立了多种材料的脉冲激光加工参数[3]。

图一(a)所示的是一种常见的准分子激光加工设备的主要结构。激光光束经过一系列器件，包括快门、可调衰减器、光束整形器和归一化器，最后照射到掩模上。在这个结构中，光束整形器改变光束形状，使其近似为正方形，然后归一化器再把光分成许多光束，每束光从不同方向照射掩模（图一(b)）。这不仅提高了光照射的均匀性，同时也引入了离轴元件。离轴光照射可以完成垂直结构甚至钻蚀结构的加工，而使用传统的平面光照射无法加工出这样的结构。在整个系统中一般需要一些辅助设备进行准直，比如CCD视频传感器或独立的非线性显微镜。

脉冲激光直接微加工技术的主要特点之一是能够加工复杂的三维表面轮廓。对不同的掩模进行多次曝光可以加工阶梯式多级结构，而在曝光时间内扫描掩模可以完成连续切削，也可以用半色调掩模直接进行投影烧蚀来完成连续切削[4]。掩模和工件一般都安装在步进马达控制的精密移动平台上，通过计算机实现自动扫描操作。在加工过程中可以改变其它脉冲激光参数，比如激光光通量和重复频率。此外，还可以通过改变数值孔径NA来改变离轴照射的最大视角，见图一(b)，从而可以在恒定的激光光通量条件下加工不同侧壁角度的结构。

图一(a)准分子激光加工设备框图 (b)光学系统图

脉冲激光直接微加工技术的另一个特点是可以加工多种材料[5]，尤其适用于聚合物材料的加工。大多数聚合物在激光的频谱内都有很强的能量吸收，保证了激光与工件间的能量耦合，而相对较低的热传导性又保证了烧蚀过程中的热量扩散和受热影响的区域很小。大多数情况下，可以得到很好的表面光洁度，附加损失(熔化和碎屑)也可达到最小，这是许多其它材料不具备的特性。例如，由于金属的反射率和热传导率较高，用脉冲激光加工具有很高的烧蚀阀值，加工过程中有严重的附加损耗。但是，如果加工对象是沉积在导热性较差的基体表面的金属薄膜时，用脉冲激光就可以得到很好的加工效果。

脉冲激光直接加工MEMS器件中最成功的例子是喷墨打印头的加工[6]。另外，脉冲激光很高的峰值功率和3D结构加工能力也可应用到微流控芯片的加工中。微流控芯片中的主要部件，像微通道、微过滤器、微搅拌器和微反应器都需要3D结构(或至少2.5D)。此外，作为微流控芯片的材料，聚合物比硅基底的材料更适于用脉冲激光进行微加工。

MEMS直接加工的例子最近也有报道，如在硅底上制作双压电晶片微执行器[7]以及多层磁性材料执行器[8]等。另外，飞秒激光微加工技术发展也很快[9]。由于飞秒激光有很高的能量密度，这使得它在MEMS加工中的某些方面具有很好的应用前景，比如利用标准的透明材料与高能量多光子的剧烈作用可以在透光材料上加工微结构。

2.1直接加工

这里所用的术语“直接加工”是用来描述用激光束聚焦点来进行材料加工的过程。这项技术广泛应用于对高精度和小尺寸有要求的微机械加工，包括燃料注入器的钻孔、气体传感器的钻孔、太阳能电池的刻画以及MEMS的原型处理。工件是用检流扫描仪和可移动平台随着光束移动，同时用激光加工，从而得到预期的图案。加工速度通过调节检流扫描仪可达10ms-1 [10]。

图二：（a）用检流扫描仪和X-Y可移动平台的直接加工的示意图 （b）MicrAlater M1000 直接加工的激光器设备

2.2 钻孔

使用在X-Y平台或检流扫描仪上的聚焦激光束的一系列的孔的加工在燃料注入器、气体传感器、微小电路板和探测器卡片的钻孔都有广泛应用。图三显示的就是用来IC（integrated circuit）测试的探测器卡片的一部分。100μm孔是在500μm厚的硅氮化物晶体上用355nm的ND:YAG激光钻孔的。使用AblataCAM软件能将文件直接转化成激光器设备加工过程。利用这项技术能在探测器卡片上加工几乎任何形状的孔。

图三：（a）在硅氮晶体探测器卡片上的用来IC测试的100μm孔 b）在硬质钢上用来燃料注入的孔

发动机对低损耗和更佳的燃料利用率需求，引起对更小的孔和更厚的有壁燃料注入器的深入研究。由于传统EMD技术对于柴油机注入器的钻孔的限制，使得激光加工技术成为下一代柴油机引擎的关键技术。孔的直径为30-100μm公差为±1.5μm，锥角小于0.5度。图三（b）显示的是用Nd:YAG激光器在532nm在柴油机注入器上加工的孔。

2.3太阳能板加工

在1.06μm波上工作的激光器设备，其典型的能量为几十瓦，广泛的应用于薄膜太阳能板的玻璃底层上的精细线性雕合。这种过程和发射技术的结合与BTS能够使太阳能板在高速的情况下能保持非常高的精度和准确率。图四（a）是无定型硅薄膜在双激光系统（1.06μm和532nm）下的加工过程的示意图。IR YAG激光束用来在ITO层上划近似30μm宽的线，接着α－Si的沉积和可见YAG激光束在盘的附近穿过α－Si层来加工50μm直径的相互连接。而ITO层是不受加工过程影响的。接着铝电极层沉积，用可见光YAG激光来加工大概25μm宽的轨迹，来完成板的加工过程。太阳能板的样板的部分加工过程如图四所示。用580nm来加工400mm板的每一层大概需要1分钟。

图四：（a）用双波长激光系统加工的太阳能板
b）在薄膜α－Si太阳能板上的划线和相互连接的照片

3.最新研究动态

3.1用于微加工的UV激光钻孔机械－Meister 1000DF
MHI出品了最新DUV266nm激光钻孔机Meister 1000DF，能在所有新的固体UV－YAG振荡器上应用。用Meister 1000DF能在不同材料、不同工作环境下进行高质量的微加工。特点：半导体泵浦固体激光器谐振腔能达到很高的寿命和具有很高的可靠性，高能量密度266nmUV输出,能实现50－200μm直径的微小钻孔,高速和装备了检流扫描仪[11]。

图五：加工应用的样品图
（a）透孔： 直径100μm 聚酰亚胺树脂：厚度25μm
（b）透孔：直径100μm 陶瓷：厚度250μm

图六：结构图

3.2 DPSS UV 激光器

高脉冲355nm激光器（LD泵浦 YV04 激光器+ SHG + THG）空气冷却。概要：这种激光器是紧凑和空气冷却类型的高循环脉冲DPSS UV激光器（355nm）。非线性晶体GdYCOB应用于这种激光器（已由大阪大学发明）。因此能获得高光束质量和稳定输出。并且非常容易维护和操作，广泛应用于微加工、精确测量等等[12]。

3.3 DPSS绿色激光器

高脉冲532nm激光器（LD泵浦 YVO4激光器+ SHG) 空气冷却。概要：这种激光器是紧凑和空气冷却类型的高循环脉冲DPSS绿色激光器（532nm）。具有很好的输出稳定性和高光束质量。并且易于维护和操作，能广泛应用于微加工、测量等等。

3.4 DPSS YVO4激光器

高脉冲1064nm激光器（LD泵浦 YVO4激光器）空气冷却。概要：这是一种紧凑、空气冷却以及易于维护的DPSS激光器。用LD泵浦并且用光纤输出。由于在加工过程中有高重复性、热张力等特点，因此能被小型化。所以能广泛应用于高速标刻、激光加工和产生谐波的光源。

4.结 论

从加工材料范围和3D加工灵活性方面，脉冲激光具有特有的加工能力。脉冲激光加工技术和其它微细加工的主流技术相结合可以为MEMS的未来发展提供重要的加工手段。脉冲激光加工技术的主要应用领域有基于功能材料的微驱动器、微流控器件和系统。另外，脉冲激光还具有特有的微部件操控和连接能力，因此，对MEMS的集成和封装技术也将作出巨大的贡献。

参考文献：
[1] 耿淑杰, 激光微加工的进展[J]. 激光与红外,1997,27(6):330-332.
[2] 张光照，刘焱，微机械加工技术。传感器技术，1997，16（3）：57-60
[3] 李艳宁，唐 洁，饶志军，宋晓辉，胡晓东，傅 星，胡小唐,脉冲激光MEMS加工技术[J].微纳电子技术,2003:159-163.
[4] RIZVI N. Microstructuring with excimer lasers[J]. MST News, 1999.1:18-21
[5] GOWER M C. Excimer laser: current and future applications in instry and medicine[A].in: CRAFER RC, OAKLEY PJ. Laser Processing in Manufactuing[M]. Chapman & Hall, 1994.
[6] ROMAN C. Excimer lasers drill precise holes with higher yield[J]. Laser Focus World, August 1995.
[7] LI J, ANANTHASURESH GK. A quality study on the excimer laser micromachining of electro-thermal-compliant microdevices[J]. Micromech Microeng. 2001,11；39-47
[8] FLEGING W P, et al. Laser micromachining for applications in thin film technology[J]. Applied Surface Science,2000,154-155:633-639
[9] OSTENDORF A. The use if vacuum UV wavelengths and ultrashort pulses for machining of dielectrics[A]. Proc. ICALEO, 2000 Laser Microfabrication Conf[C].2000,A1-10
[10] http://www.exitech.co.uk/pdfFiles/Thin%20Films%20Paper%20HJB%202003.pdf.
[11] http://www.mhi.co.jp/kobe/mhikobe-e/procts/etc/uvlaser.htm
[12] http://www.neoark.co.jp/Eng/eng-PDF/YVO4_355.PDF

B. 用于激光打标机的文件要什么格式

标记内容可以是文字、图形、图片、序列号、条形码及二维码等，支持PLT、DXF、BMP等文件格激光打标设备一般支持windows xp/7系统的。

文件的话支持的也比较多AI，PLT,DXF，DST，BMP，JPG，PGE，PNA，TIF，CAD等很多都可以的，要清楚自己打标用的格式，一般打标机都可以支持的。

(2)pdf烧蚀扩展阅读：

“热加工”具有较高能量密度的激光束（它是集中的能量流），照射在被加工材料表面上，材料表面吸收激光能量，在照射区域内产生热激发过程，从而使材料表面（或涂层）温度上升，产生变态、熔融、烧蚀、蒸发等现象。

“冷加工”具有很高负荷能量的（紫外）光子，能够打断材料（特别是有机材料）或周围介质内的化学键，至使材料发生非热过程破坏。

这种冷加工在激光标记加工中具有特殊的意义，因为它不是热烧蚀，而是不产生"热损伤"副作用的、打断化学键的冷剥离，因而对被加工表面的里层和附近区域不产生加热或热变形等作用。例如，电子工业中使用准分子激光器在基底材料上沉积化学物质薄膜，在半导体基片上开出狭窄的槽。

C. 太空旅行的未来是什么

使用化学火箭离开我们的星球并 探索 太空很可能是一种死胡同。 它很旧，过时，而且效率极低。 在过去的 60 年里，我们肯定已经发现或改进了更新、更高效的技术，对吗？ 答案是肯定的，我们将详细介绍它们。

我们将 探索 奇特的技术，包括利用太阳风在星际间航行、利用核弹接近光速，甚至涉足利用美国宇航局最近一直在试验的物理定律漏洞的技术。

化学火箭有什么问题？

化学火箭可能是死路一条，因为它们的效率极低。 仅仅为了将航天飞机送入地球轨道（达到 17,500 MPH），火箭就需要携带 15 倍于其重量的燃料——这在其他基于化学的火箭系统中被认为是非常有效的。 为了摆脱地球的引力并 探索 我们的太阳系（达到 25,000 MPH），您将需要更多的燃料。

此解决方案的问题之一是可用性。 为了充分利用行星的引力，行星必须在特定的时间、特定的地点。 这留下了一个小窗口，需要启动探测器。 其中一些窗口可能非常罕见。 探索 太阳系外行星的航海者太空探测器利用了每 176 年才发生一次的行星排列。

然后是成本。 将航天飞机送入轨道的平均成本为每次任务 4.5 亿美元。 仅仅为了到达近地轨道就付出了巨大的代价，这也是航天飞机计划被取消的重要原因。 如果我们想离开地球轨道并使用如此低效的技术（没有重力辅助） 探索 我们的太阳系，问题就会变得严重。 因为太空中没有任何燃料站，宇宙飞船必须随身携带所有燃料，燃料不仅昂贵，而且很重。

如果我们想使用标准的化学火箭在合理的时间范围内（例如 900 年）离开太阳系并前往最近的邻近恒星，则需要 10 137 公斤燃料——这比我们现有的燃料还要多。行星。 因此，我们需要着眼于开发一种更好、更有效的推进方法。

太阳帆

太阳帆正如其名； 他们乘着太阳风航行。 太空中没有真正的风，因为太空是真空，但航天器可以用类似的东西来推进自己。 一艘配备有由超薄镜子制成的巨大帆的飞行器可以利用光和来自太阳的高速喷射气体的组合来达到令人难以置信的速度。

日本 Ikaros 太阳帆

光和气体的压力非常小，但由于空间真空中没有摩擦，所以随着时间的推移，这种小压力会逐渐增加。 如果有足够的时间，这种压力可以推动飞行器达到光速的很大一部分。 通过从月球或其他没有大气层的卫星上的基地将极其强大的激光或脉泽瞄准帆，可以缩短达到最高速度的时间。

然而，太阳帆确实有其缺点。 一旦远离太阳（以及我们设置的任何激光助推站），飞船将不再加速，而是依靠自身的惯性前往目的地。 然后，飞船将不得不将其帆指向目的地恒星以减速和减速。

早在 2010 年 5 月，日本发射了 Ikaros 探测器，太阳帆航天器就成为现实。 它成功部署了太阳帆，目前正处于围绕太阳的宽轨道上。 预计它会在几年内到达木星。

离子驱动

离子推进器（或离子驱动器）远没有科幻小说和电影中描述的那么令人兴奋。 它的运作原理与太阳帆类似； 使用非常低的推力，但在很长一段时间内。 它通过从推动航天器的电动发动机中喷射带电离子、气体或等离子体来实现这种推力。

离子引擎测试

这种加速方法允许飞行器获得非常高的比冲。 由于推力很低，这种飞行器只能在太空真空中工作。 然而，发动机所需的燃料明显少于化学火箭所需的燃料，由于卡诺极限（效率的限制）而达到最大值。

这项技术正在被大量考虑用于未来的太空任务，并且已经证明了其在太空中的可行性。 1998 年，美国宇航局发射了由氙气离子发动机提供动力的深空 1 号探测器，这是太空中的第一个离子驱动器。 2003年，日本发射了使用4台氙离子发动机的隼号探测器。 它的任务是与小行星会合并收集样本。 它于2010年6月完成任务并返回地球。

与太阳帆一样，离子驱动器也有其缺点。 首先，他们需要随身携带燃料。 虽然获得最近的恒星所需的数量在技术上是可行的，但它并不是很实用。 旅行时间是另一个问题。 虽然离子驱动器的效率明显高于火箭发动机，并且非常适合在我们的太阳系周围短途旅行，但星际旅行完全是另一回事。 在太阳的引力辅助下， 使用离子发动机的飞船 仍需要 19,000 年 才能到达比邻星。

如果我们想离开太阳摇篮的范围，我们需要更快的速度。

核动力

如果我们想获得使用提供给我们最好的技术离我们最近的比邻星 现在 ，核推进是我们最好的选择。 它速度快，经过验证且相对便宜。 一艘配备核脉冲推进器的舰船，理论上可以达到光速的12%。 速度如此之快，您可以在不到 2 秒的时间内完成绕地球一圈的旅行并最终返回起点。 或者你可以在 13 秒内到达月球——相比之下，阿波罗 11 号需要四天才能到达月球。

核脉冲推进

虽然使用离子驱动器到达比邻星需要 19,000 年，但使用核脉冲推进器则需要相对可控的 35 年。 人类将能够在他或她的有生之年前往离我们最近的邻近恒星。 它可以通过已经存在的技术来完成。

核推进的工作方式听起来有点疯狂，但它已被证明并且相对简单。 小型核弹从航天器后部掉落并引爆。 爆炸产生的力使飞行器加速。 这会重复进行，直到达到所需的速度。 一个非常大的加强推进板将保护飞行器免受损坏和辐射，而阻尼器将用于减轻重力的影响并提供平稳的加速。

早在 1958 年，美国军方就开始以“猎户座”项目名称研究核脉冲推进。 由于防止核装置在太空引爆的部分禁止核试验条约，该项目于 1963 年搁置。 然而，这个想法并没有被遗忘。 1973 年，英国星际学会开发了一个类似的概念，称为代达罗斯计划。 然后在 1998 年，PSU 的核工程部门开始开发代达罗斯设计的两个改进版本，称为 Project Ican 和 Project Aimstar。

核脉冲推进的明显缺点之一是您必须随身携带燃料。 这意味着携带数百或数千枚小型核弹。 还有推板烧蚀的问题。 如果在每次爆炸前不喷上特殊的油，反复暴露在核爆炸中会导致腐蚀。 另一个问题是核辐射。 如果从极地地区发射飞船，或者如果飞船使用常规火箭发射到太空，一旦距离足够远，就开始使用其核推进器，这可以避免。

已故的卡尔萨根曾表示，核脉冲推进将是我们现有核武器库存的绝佳用途。

核聚变

由于其高效、长期的加速能力，配备核聚变发动机的航天器无需携带大量燃料即可 探索 我们的太阳系。

理论融合引擎

融合引擎有两种工作方式。 第一种是利用聚变反应产生的能量来发电。 这种电力可用于使等离子体过热，然后将其从飞行器后部喷射出来，提供推力。 第二种方法会更直接。 它将使用来自聚变反应的基于等离子体的排气来提供推力。

聚变引擎的缺点与离子驱动器的缺点非常相似。 虽然聚变是对离子驱动器的巨大改进，但在恒星之间移动时要达到所需的更高速度是非常困难的。 聚变技术也仍处于试验发展阶段。 该技术必须克服等离子体限制的障碍才能可行，然后需要将反应堆小型化到航天器可管理的尺寸。 目前，基于激光的实验性 ICF 反应堆与足球场一样大，并且正在努力实现功率输出的收支平衡。

反物质

反物质是我们目前所知的最有效的燃料来源。 这也是最有效的。 反物质顾名思义，就是电荷颠倒的物质。 当反物质与普通物质接触时，两者会在纯粹能量的猛烈爆炸中相互湮灭。 一块小硬币大小的反物质包含足够的能量将满载的航天飞机推入轨道。 一旦进入轨道，美国宇航局声称前往火星的旅行只需要价值 10 毫克的反物质。

带有反物质引擎的航天器

使用反物质的引擎在操作上非常简单。 一束反电子被释放到发动机核心中，在那里它会湮灭金属板的表面。 这会产生推动飞行器前进的小爆炸。 另一种提议的设计使用帆，类似于上述太阳帆。 一团反粒子被释放出来，然后与帆表面发生爆炸性反应。 这种反应可以推动飞行器达到令人难以置信的速度。 据美国宇航局称，反物质动力飞行器的速度可达光速的 70%。 这意味着我们可以在不到 6 年的时间内到达比邻星。

使用反物质的缺点是生产和遏制。 反物质是在粒子加速器上进行的原子粉碎测试的副产品。 操作非常昂贵的测试。 如果我们想要生产一克反物质，它的成本将超过一万亿美元。 遏制也是另一个问题。 由于反物质与普通物质接触时会发生剧烈反应，因此必须将其储存在极低温度下的真空容器中，并由强磁场悬浮。 这成为一个挑战，因为反电子（正电子）相互排斥，通常是爆炸性的。 已经提出了一些解决方案，有人建议通过将正电子与电子结合，研究人员可以创造一种称为正电子的元素，理论上可以无限期地存储反电子。

比光还快

超光速旅行只是科幻小说里的东西，对吧？ 毕竟爱因斯坦不是说过光速是极限速度吗？ 不一定，物理学家声称。 细节决定成败。 根据物理学，有办法绕过宇宙的极限速度。 这些技术漏洞在理论上并有可能使我们能够与光束赛跑 并获胜 。

美国宇航局的研究人员知道没有什么能比光速更快地加速，但他们也知道空间本身没有这样的限制。 时空对它的移动速度没有这样的限制，人们认为时空在大爆炸膨胀期间超过了光速。 美国宇航局先进推进部门的研究人员一直想知道时空是否可以重复执行。

时空扭曲

曲速引擎，通常是科幻小说中的东西，通过乘坐时空波会比光速更快。 它通过压缩飞船前面的时空并扩展它后面的时空来产生这种波。 然后一艘船坐在这波浪的中间，并被推动穿过太空。 由于飞船本身并没有移动，只有飞船周围的时空在移动，因此没有违反任何物理定律。

在 NASA Eagleworks，研究人员已经开始尝试通过实验室实验来证明曲速驱动的概念。 在那里，研究人员设置了一个名为“White-Juday Warp Field Interferometer”的微型曲速驱动器。 该实验旨在生成一个非常小的扭曲场实例。 一个如此小的翘曲场，预计它只会扰乱一千万分之一的时空。 虽然如果成功，结果将是平淡无奇的，但这将是概念证明的存在。 新项目的地点是为阿波罗计划建造的设施，也是将宇航员送上月球的设施。

墨西哥物理学家 Miguel Alcubierre 于 1994 年撰写了第一篇认真对待曲速引擎的科学论文。 Alcubierre 的论文需要巨大的能量来为他的理论曲速引擎提供动力。 木星的质能当量。 利用这种能量是不切实际且几乎不可能的，因此他的论文在很大程度上被忽视了。

2012 年 10 月，在 100 年星际飞船研讨会上，美国宇航局研究员哈罗德怀特发表演讲，宣布他发现了数学方程中的漏洞。 将能量需求降低到远低于以前认为的水平的漏洞。 他计算出，通过改变曲速引擎和飞船本身的设计，他可以将能量需求降低到只有几千磅的质量。 这种进步，以及其他类似的进步，边缘扭曲驱动越来越远离科幻小说的领域，更接近现实。

参考文献：
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哈罗德·怀特博士 (2012)。 “ 摘要：翘曲场力学 101 ” 美国宇航局约翰逊航天中心。 PDF
Eagleworks 实验室（2012 年）。 “ 高级推进物理研究 ” NASA 技术报告。