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柔性电子制造领域的超快激光技术:机制、特征功用及挑战(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第1期61卷 207-222页

作者：季凌飞孙伟高林真源周博昊程维温亚楠王冠强北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院北京100124 北京工业大学跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室北京100124 北京市激光应用技术工程技术研究中心北京100124

随着智能化时代的到来,柔性电子由于其极强的共形能力和优异的器件性能,在进一步推动现代化产业发展中取得越来越重要的地位。超快激光技术以其优异的高精制造能力在柔性电子高分辨无损制备上展示出独特的优势和应用前景。本文从超快激... 详细信息

随着智能化时代的到来,柔性电子由于其极强的共形能力和优异的器件性能,在进一步推动现代化产业发展中取得越来越重要的地位。超快激光技术以其优异的高精制造能力在柔性电子高分辨无损制备上展示出独特的优势和应用前景。本文从超快激光与物质相互作用基本机制入手,着重介绍了当前超快激光在柔性电子领域的四种典型特征功用及其研究现状,并据此总结该领域超快激光应用所面临的挑战和未来发展趋势。

关键词：超快激光柔性电子微纳加工

Enhancement of femtosecond laser-induced surface ablation via temporal overlapping double-pulse irradiation

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Photonics Research 2020年第3期8卷 271-278页

作者： ZHENYUAN LIN lingfei ji MINGHUI HONG Department of Electrical and Computer Engineering National University of SingaporeSingapore 117576Singapore Institute of Laser Engineering Beijing University of TechnologyBeijing 100124China

This paper reports the physical phenomenon of the temporal overlapping double femtosecond laser-induced ablation enhancement at different time *** thermodynamic modeling demonstrates the ablation enhancement is highly dependent on the first pulse's laser *** the case of the first pulse laser fluence being higher than material's ablation threshold,the ablation enhancement is attributed to optical absorption modification by the first pulse *** the first pulse's laser fluence is lower than the material's ablation threshold,the first pulse-induced melting leads to much higher absorption of the second ***,for the case of the first pulse's laser fluence even lower than melting threshold,the ablation enhancement decreases obviously with time *** results of the temporal overlapping double femtosecond laser ablation of poly(ε-caprolactone)are in good agreement with the theoretical predictions.

关键词： pulse laser double

Ionization behavior and dynamics of picosecond laser filamentation in sapphire

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Opto-Electronic Advances 2019年第8期2卷 9-15页

作者： Amina lingfei ji Tianyang Yan Rui Ma Institute of Laser Engineering Beijing University of TechnologyBeijing 100124China Key Laboratory of Trans-scale Laser Manufacturing Technology Ministry of EducationBeijing 100124China.

Currently,laser-induced structural modifications in optical materials have been an active field of *** this paper,we reported structural modifications in the bulk of sapphire due to picosecond(ps)laser filamentation and analyzed the ionization dynamics of the *** simulations uncovered that the high-intensity ps laser pulses generate plasma through multi-photon and avalanche ionizations that leads to the creation of two distinct types of structural changes in the *** experimental bulk modifications consist of a void like structures surrounded by cracks which are followed by a submicrometer filamentary *** increasing laser energy,the length of the damage and filamentary track appeared to *** addition,the transverse diameter of the damage zone increased due to the electron plasma produced by avalanche ionizations,but no increase in the filamentary zone diameter was observed with increasing laser energy.

关键词： structural modifications sapphire picosecond laser filamentation ionization dynamics

SPONTANEOUS POLARIZATION IN UNCONVENTIONAL Ta_(2)O_(5)DIELECTRIC CERAMICS BY LASER SINTERING

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Journal of Advanced Dielectrics 2011年第2期1卷 197-201页

作者： lingfei ji YIjiAN jiANG Institute of Laser Engineering Beijing University of Technology Beijing 100124P.R.China

Spontaneous polarization was found in Ta_(2)O_(5)dielectric ceramics prepared by laser sintering *** heat corrosion,90°and 180°domains in the ceramics was observed by field emission scanning electron *** crystal structure of the laser-si ntered ceramics at RT was determined as monocinic phase,which indicates the lattice distortion existed in the *** variation of O-Ta-O bending vibration mode was deduced from the variation of phonon mode at the low wave-mumber(57 cm^(-1)and 250cm^(-1)).The enhancement of effective electric field for tantalum atoms due to the lattice distortion was determined by calculation of charge distribution *** distortion of crystal structure due to the phase transformation from higher symmetric orthorhombic phase to lower symmetric monoclinic phase expl ained spontaneous polarization in the laser-sintered Ta_(2)O_(5)ceramics.

关键词： Spontaneous polarization tantalum-pentoxide domain dielectric ceramic

Ultrafast Laser Filamentation in Transparent Solids

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Ultrafast Science 2023年第5期3卷 9-24页

作者： Tianyang Yan lingfei ji Pen-Tung Sah Institute of Micro-Nano Science and Technology Xiamen UniversityXiamen 361005China institute of Laser Engineering Faculty of Materials and ManufacturingBeijing University of TechnologyBeijing 100124China Key Laboratory of Trans-scale Laser Manufacturing Technology.Ministryof Education Beijing100124China

Ultrafast laser filamentation results from the interaction of ultrafast laser with Kerr *** filamentary propagation,the transparent medium is altered by numerous linear and nonlinear effects of ultrashort laser *** can cause material modification in solids through laser energy deposition and ionization processes,which creates a new opportunity for ultrafast laser processing of materials when combined with filamentary propagation characteristics,such as intensity champing and long propagation *** paper reviews the research on ultrafast laser filamentation in solids for micro-and nano-processing,including the fundamental physics,filamentation characteristics,and applications in solids for ultrafast laser filamentation-induced *** highlighted are the difficulties and potential applications for solid-based filamentation-induced processing.

关键词： ultrashort solids propagation

二维振镜超快激光高精加工球面等角螺旋槽研究

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中国激光 2021年第14期48卷 159-168页

作者：王文豪季凌飞北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院北京100124 北京工业大学跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室北京100124

为解决动压气浮轴承球面螺旋槽加工难度大的问题,提出一种基于Bézier曲面分割法的光斑重叠率补偿方法。通过研究平均功率、扫描速度、离焦量对TN85金属陶瓷激光刻蚀深度和宽度的影响,确定优化参数;采用1064 nm波长的皮秒激光配以二维x-... 详细信息

为解决动压气浮轴承球面螺旋槽加工难度大的问题,提出一种基于Bézier曲面分割法的光斑重叠率补偿方法。通过研究平均功率、扫描速度、离焦量对TN85金属陶瓷激光刻蚀深度和宽度的影响,确定优化参数;采用1064 nm波长的皮秒激光配以二维x-y扫描振镜,在TN85金属陶瓷球面上完成了粗糙度Ra约为65 nm、深度为(4±1)μm、高度落差为4.5 mm的12条圆周分布螺旋槽阵列加工,加工时间小于10 min。所提方法实现了激光二维振镜对曲面螺旋刻槽深度可控的高精加工,兼顾精度效率,具有良好的工程化应用优势和发展前景。

关键词：超快光学材料加工球面螺旋槽激光光斑重叠率

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陶瓷激光切割技术的研究现状与思考

中国激光 2008年第11期35卷 1686-1692页

作者：季凌飞闫胤洲鲍勇蒋毅坚北京工业大学激光工程研究院北京100124

介绍了硬脆性陶瓷激光切割技术研究的若干新进展,着重从工艺角度系统地分析总结了激光加工陶瓷减少热损伤的4大类型:传统工艺的优化参数法、多道切割法、应力引导控制裂纹切割法以及辅助切割法。结合实际研究经验,针对陶瓷不同薄厚类型... 详细信息

介绍了硬脆性陶瓷激光切割技术研究的若干新进展,着重从工艺角度系统地分析总结了激光加工陶瓷减少热损伤的4大类型:传统工艺的优化参数法、多道切割法、应力引导控制裂纹切割法以及辅助切割法。结合实际研究经验,针对陶瓷不同薄厚类型及三维切割需求,提出了目前该技术所需解决的主要问题及相关思考。

关键词：激光加工陶瓷激光无损切割

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532nm激光铣削Y-TZP陶瓷实验研究

中国激光 2015年第8期42卷 203-209页

作者：李健季凌飞胡炎蒋毅坚北京工业大学激光工程研究院北京100124

采用波长为532 nm的短脉冲激光(脉宽6 ns)对Y-TZP陶瓷进行铣削实验研究。探究了单次刻蚀槽宽与功率的关系,分析脉冲数与材料阈值的关系,确定材料阈值。并且探究了铣削量及质量随激光工艺参数的变化规律,确定最优工艺参数,进一步进行了... 详细信息

采用波长为532 nm的短脉冲激光(脉宽6 ns)对Y-TZP陶瓷进行铣削实验研究。探究了单次刻蚀槽宽与功率的关系,分析脉冲数与材料阈值的关系,确定材料阈值。并且探究了铣削量及质量随激光工艺参数的变化规律,确定最优工艺参数,进一步进行了脉冲激光铣削微米级二维结构的工艺实验。研究结果表明槽宽的平方与脉冲峰值功率的对数呈线性关系,根据此关系式计算得出光斑半径与实际测量值相符。材料阈值随脉冲数增加而降低,在扫描速度、功率和重复频率的最优匹配下,可实现最大铣削量为1.35 mm3/min。在优化工艺参数下,完成直径500μm的盲孔和宽200μm、高100μm的台阶方槽二维结构无裂纹铣削加工,结构边缘无残渣堆积,表面粗糙度为3.746μm。

关键词：激光器二维铣削阈值累积效应 Y-TZP陶瓷

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激光加工陶瓷裂纹行为的理论分析及实验验证

中国激光 2008年第9期35卷 1401-1408页

作者：闫胤洲季凌飞鲍勇蒋毅坚北京工业大学激光工程研究院北京100022

通过建立脉冲激光陶瓷打孔二维温度场模型,计算了相应的热应力分布,预测了打孔过程中的两种裂纹形态——径向裂纹和环形裂纹,并由此预测出激光脉冲切割过程中的两种裂纹扩展方式——发散型和回归型,提出通过降低加工处温度、减少热影响... 详细信息

通过建立脉冲激光陶瓷打孔二维温度场模型,计算了相应的热应力分布,预测了打孔过程中的两种裂纹形态——径向裂纹和环形裂纹,并由此预测出激光脉冲切割过程中的两种裂纹扩展方式——发散型和回归型,提出通过降低加工处温度、减少热影响区以及增大孔径(或切缝宽度),可以达到降低热应力,抑制加工裂纹产生的目的。通过讨论模型参数和激光加工工艺参数之间的对应关系,提出低占空比、高辅助气体压力和离焦加工是激光加工工艺参数优化的基本方向,通过对氧化铝陶瓷和单晶硅的激光加工实验,对裂纹的产生及扩展预测进行了验证,并对加工参数优化实现了陶瓷的激光无裂纹加工。

关键词：激光技术激光加工陶瓷裂纹行为温度场模型切割实验