激光制造的工藝基礎(chǔ)是利用激光的高能量與物質(zhì)之間產(chǎn)生物理作用,使材料實(shí)現(xiàn)熔化、移除或改性,從而達(dá)到成型或處理的目的。如今激光應(yīng)用已在多個(gè)行業(yè)快速推廣,其中占比最大的仍是金屬材料領(lǐng)域,其市場(chǎng)份額約占整體激光應(yīng)用的八成。這是因?yàn)殍F、銅、鋁及其合金等金屬屬于硬質(zhì)材料,與激光自身的能量高度匹配,適合進(jìn)行高效加工。對(duì)于一般的金屬切割或焊接,用戶有時(shí)僅需關(guān)注光源功率即可,基本不需要對(duì)加工方式做太多深入研究。
然而在日常生活中以及尖端制造業(yè)中,存在大量非金屬材料,如柔性材質(zhì)、熱塑性塑料、熱敏感物品、陶瓷制品、半導(dǎo)體材及玻璃等易碎物質(zhì)。若要對(duì)這類材料應(yīng)用激光工藝,就需要對(duì)光束特性、加工深度以及材料斷裂機(jī)理提出更高標(biāo)準(zhǔn),通常還需要保證超精密加工,甚至微納米級(jí)別的控制目標(biāo)。采用常規(guī)紅外激光裝置常常無(wú)法滿足要求,此時(shí)紫外激光成為更優(yōu)方案。
紫外激光指輸出光束位于紫外光譜區(qū)且肉眼不可見(jiàn)的一類光源,目前通用的工業(yè)級(jí)紫外激光類型主要包括固態(tài)紫外激光裝置和氣態(tài)的紫外激光裝置。通過(guò)將紅外全固態(tài)激光進(jìn)行三次倍頻,即可得到波長(zhǎng)多為355納米的紫外光源,其脈寬也已從納秒級(jí)別逐漸發(fā)展到皮秒范疇。氣體類的紫外激光裝置典型的有準(zhǔn)分子激光器,多應(yīng)用于眼部醫(yī)療及芯片制造工藝等領(lǐng)域。近年來(lái),光纖激光器也逐步研發(fā)出紫外波段的型號(hào),其中皮秒級(jí)別的紫外光纖激光器較受關(guān)注。
由于紫外激光在倍頻轉(zhuǎn)化過(guò)程中存在較多熱量損失,造成成本仍舊偏高,進(jìn)一步提高功率仍有技術(shù)瓶頸。但紫外激光因其散熱低、熱影響區(qū)域小而被普遍視為冷光源,加工過(guò)程中也被稱為冷加工工藝,尤其適合處理脆硬性材料。