激光制造的工藝基礎是利用激光的高能量與物質之間產生物理作用,使材料實現熔化、移除或改性,從而達到成型或處理的目的。如今激光應用已在多個行業(yè)快速推廣,其中占比最大的仍是金屬材料領域,其市場份額約占整體激光應用的八成。這是因為鐵、銅、鋁及其合金等金屬屬于硬質材料,與激光自身的能量高度匹配,適合進行高效加工。對于一般的金屬切割或焊接,用戶有時僅需關注光源功率即可,基本不需要對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、熱塑性塑料、熱敏感物品、陶瓷制品、半導體材及玻璃等易碎物質。若要對這類材料應用激光工藝,就需要對光束特性、加工深度以及材料斷裂機理提出更高標準,通常還需要保證超精密加工,甚至微納米級別的控制目標。采用常規(guī)紅外激光裝置常常無法滿足要求,此時紫外激光成為更優(yōu)方案。
紫外激光指輸出光束位于紫外光譜區(qū)且肉眼不可見的一類光源,目前通用的工業(yè)級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。通過將紅外全固態(tài)激光進行三次倍頻,即可得到波長多為355納米的紫外光源,其脈寬也已從納秒級別逐漸發(fā)展到皮秒范疇。氣體類的紫外激光裝置典型的有準分子激光器,多應用于眼部醫(yī)療及芯片制造工藝等領域。近年來,光纖激光器也逐步研發(fā)出紫外波段的型號,其中皮秒級別的紫外光纖激光器較受關注。
由于紫外激光在倍頻轉化過程中存在較多熱量損失,造成成本仍舊偏高,進一步提高功率仍有技術瓶頸。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,加工過程中也被稱為冷加工工藝,尤其適合處理脆硬性材料。