全新正版激光微加工9787301248287北京大学出版社

1 Process Control in Laser Material Processing
for the Micro and Nanometer Scale Domains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Henry Helvajian
1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Laser Processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2.1 Laser Wavelength . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2.2 Laser Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.. Laser Dose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.2.4 Laser Beam . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.2.5 Laser Pulse Temporal Profile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.2.6 Pattern Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.3 Possible Steps Forward . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.4 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2 Theory and Simulation of Laser Ablation - from Basic
Mechanisms to Applications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Laurent J. Lewis and Danny Perez
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.2 Basic Physics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.2.1 Light-Matter Interaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.2.2 Material Removal from the Target:
The Basics of Ablation.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
. Ablation in the Thermal Regime . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
..1 Thermodynamics .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
..2 ConventionalWisdom: Early Theories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
.. A New Understanding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
..4 Computer Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
..5 The Femtosecond Regime . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
.. Picosecond Pulses and Beyond .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
.. Molecular Solids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.4 Materials Processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.4.1 Nanoparticle Production in Solvents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.4.2 Damages and Heat Affected Zones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
2.5 Conclusions and Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3 Laser Devices and Optical Systems for Laser Precision
Microfabrication .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
KunihikoWashio
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.2 Laser Devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.2.1 Various Laser Devices from Deep UV
andMid-IR Spectral Region .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.2.2 Diode-Pumped High-Brightness Continuous
Wave Solid-State Lasers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.. -Switching and Cavity Dumping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.2.4 Picosecond and Femtosecond, Ultrafast
Pulsed Laser Oscillators and Amplifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.3 Optical Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.3.1 Optical Components for Modification
and Control of Laser Beams . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.3.2 Optical Systems for Beam Shape Transformation .. . . . . . . . 78
3.3.3 Galvanometer-Based Optical Scanners . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.3.4 Spatial Light Modulators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
3.3.5 Nonlinear-Optical Systems for Harmonic Generation.. . . . 83
3.3.6 Optical Systems for Beam Characterization
and ProcessMonitoring .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
3.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
4 Fundamentals of Laser-Material Interaction
and Application to Multiscale Surface Modification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
Matthew S. Brown and Craig B. Arnold
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
4.2 Fundamentals of Laser Surface Processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
4.2.1 Light Propagation in Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
4.2.2 Energy Absorption Mechanisms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4.. The Heat Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
4.2.4 Material Response. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
4.3 Laser Surface Processing Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .101
4.4 Case Study I: Surface Texturing for Enhanced
Optical Properties .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .104
4.5 Case Study II: Surface Texturing for Enhanced
Biological Interactions.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .110
4.6 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .116
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .117
5 Temporal Pulse Tailoring in Ultrafast Laser
Manufacturing Technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121
Razvan Stoian, Matthias Wollenhaupt, Thomas Baumert,
and Ingolf V. Hertel
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121
5.2 Fundamental and Technical Aspects of Pulse Shaping . . . . . . . . . . . . .1
5.2.1 Basics of Ultrashort Laser Pulses. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
5.2.2 Frequency Domain Manipulation
(Mathematical Formalism). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1
5.. Analytical Phase Functions Relevant
to Material Processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .127
5.2.4 Pulse Shaping in the Spatial Domain. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .130
5.2.5 Experimental Implementations for Temporal
Pulse Shaping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .130
5.2.6 Optimization Strategies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .132
5.3 Material Interaction with Temporally Shaped Pulses . . . . . . . . . . . . . . .133
5.3.1 Control of Laser-Induce Piary Excitation Events . . . . .133
5.3.2 Engineered Thermodynamic Phase-Space Trajectories . . .135
5.3.3 Refractive Index Engineering by Temporally
Tailored Pulses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .139
5.4 Conclusion and Perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .141
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .142
6 Laser Nanosurgery,Manipulation, and Transportation
of Cells and Tissues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .145
Wataru Watanabe
6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .145
6.2 Laser Direct Surgery .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .146
6.2.1 Nanosurgery with a Focused Laser Beam
in the Ultraviolet and Visible Region. . . . . . . . . .

杉冈幸次（K.Sugioka），日本理化学研究所（RIKEN）研究员。

小型化和高精度快速成为对很多工艺流程和产品的要求。因此，利用激光微加工技术来实现这一要求得到了广泛关注。本书内容有16章，覆盖了激光微处理技术的各个方面，从基本概念到在无机或生物材料上的工程应用。本书综述了在激光处理领域的研究和技术发展水平。读者对象为本领域的研究者和。