高重复频率飞秒激光微加工45#钢：微浮雕结构控制与机制研究

"该文研究了高重复频率飞秒激光在45#钢表面产生的微浮雕结构，探讨了激光功率、扫描速度和脉冲重复频率等因素对其形态的影响，并揭示了热积累效应对微浮雕结构形成的机制。" 在激光技术领域，飞秒激光因其超短脉冲时间和极高的峰值功率，被广泛应用于微纳米加工。本文中，研究者利用50 MHz和1 MHz两种不同重复频率的光子晶体光纤飞秒激光器，对45#钢这种常见的碳素钢材料进行了微浮雕结构的加工。45#钢因其良好的综合性能，常用于制造机械零件和工程结构，而通过激光技术对其进行微浮雕加工，可为其增添新的功能特性。 实验结果显示，微浮雕结构的高度和宽度是可调控的，这主要取决于入射激光的功率、激光扫描速度以及激光的脉冲重复频率。增大激光功率或降低扫描速度通常会导致微浮雕结构的深度增加，而改变脉冲重复频率则影响结构的精细程度。通过对这些参数的精细调节，可以实现对微浮雕结构形状和尺寸的精确控制，为微纳制造提供了新的可能性。 进一步的分析表明，微浮雕结构的形成机制与高重复频率飞秒激光的热积累效应密切相关。当高能激光脉冲快速连续地照射到45#钢表面时，累积的热量会导致材料局部熔化。随后，由于液体表面张力和温度梯度的作用，熔融的金属会自我组织成特定的微浮雕结构。这种现象是激光加工中的一个重要现象，它不仅影响加工结果，也对理解激光与材料相互作用的物理过程具有重要价值。 这项研究为飞秒激光在金属材料表面微结构制造提供了新的见解，为未来的精密加工工艺优化和新型功能材料设计奠定了基础。同时，这也展示了高重复频率飞秒激光在微纳米制造领域的巨大潜力，为材料科学和工程应用开启了新的研究方向。