超短脈沖激光，以皮秒以下的脈寬及高功率、短時間尺度為特點，能在材料發(fā)生明顯熱擴散前將能量沉積至目標區(qū)，實現(xiàn)金屬焊接的高精度、低熱影響、低熱應(yīng)力和變形。如使用飛秒激光，可實現(xiàn)銅和鋁異種金屬微焊接，焊縫寬度僅幾微米，且界面形成納米尺度金屬間化合物，顯著提升接頭強度。
對于玻璃材料，超短脈沖激光焊接具有獨特優(yōu)勢。玻璃對特定波長激光透明，超短脈沖激光可通過非線性吸收機制（如多光子吸收）在材料內(nèi)部產(chǎn)生局部能量沉積，實現(xiàn)內(nèi)部焊接而不影響表面。玻璃熱導率和熔點低于金屬，使脈沖激光能在小范圍內(nèi)實現(xiàn)材料局部熔化或軟化，避免周圍區(qū)域過熱。脈沖激光在連接界面產(chǎn)生極快的加熱和冷卻，促進材料間鍵合，避免材料特性受損。
超短脈沖激光輻照玻璃引起電子激發(fā)和弛豫過程分為三個部分：
（1）當激光電磁場非常強時，電子通過超短脈沖激光的多光子吸收或隧道電力從價帶激發(fā)到導帶；
（2）激發(fā)的電子可吸收多個激光光子，提升自身能量，或被飛秒激光束強電場加速，與原子碰撞產(chǎn)生二次電子（碰撞電離）。此過程重復，導致雪崩電離；
（3）部分自由電子在電子-空穴對中弛豫，產(chǎn)生局域態(tài)，如自陷激子（STE）。STE在幾百皮秒內(nèi)松弛形成永久性缺陷。另一些自由電子將能量轉(zhuǎn)化為晶格振動，產(chǎn)生熱量后弛豫回基態(tài)。玻璃加熱于激光照射后幾十皮秒發(fā)生，幾十毫秒后照射區(qū)域恢復至室溫。當飛秒激光束以中等脈沖能量聚焦在堆疊玻璃基板的界面時，因加熱僅在界面誘發(fā)局部熔化和快速固化，從而使玻璃連接；
超短脈沖激光在高重復率下引發(fā)局部區(qū)域溫度驟升至幾千開爾文，且在脈沖間隔內(nèi)未完全冷卻，形成熱積累現(xiàn)象。此現(xiàn)象使玻璃局部區(qū)域達熔化點，形成焊接接頭。經(jīng)調(diào)整激光參數(shù)發(fā)現(xiàn)，各類玻璃材料，包括熔融石英、硼硅酸鹽玻璃和低膨脹系數(shù)玻璃等，均可實現(xiàn)穩(wěn)定焊接。
高重復率利于在脈沖期間積累熱量導致局部熔化，重新凝固后形成穩(wěn)定共價鍵，尤其適用于異種玻璃焊接，斷裂強度在體積材料范圍內(nèi)，焊縫穩(wěn)定。
應(yīng)用領(lǐng)域：
1、光學器件：超短脈沖激光焊接可以用于連接不同的光學材料，確保光學性能不受影響；
2、電子器件：玻璃封裝技術(shù)的應(yīng)用中，激光焊接用于連接玻璃和金屬部件，提供防潮和保護；
3、醫(yī)療器械：玻璃材料的焊接可以實現(xiàn)高強度的連接，確保器械的安全性和可靠性；
利用超短脈沖激光對玻璃材料進行焊接能發(fā)揮其獨特優(yōu)勢。該方法利用飛秒或皮秒量級的超短脈沖激光，通過非線性吸收過程在材料內(nèi)部產(chǎn)生局部熔化，實現(xiàn)精確焊接而不損傷表面。
