NASA團隊研究多個航天應用的超快激光加工

超快激光器可以在持續時間內發射僅百萬分之一納秒的光脈衝，這可能會徹底改變NASA技術人員製造和最終組裝由不同材料製成的儀器組件的方式。

位於馬裏蘭州格林貝爾特的美國宇航局戈達德太空飛行中心的光學物理學家團隊正在試驗一種飛秒激光器，並且已經證明它可以有效地將玻璃焊接到銅，玻璃到玻璃，並用不同的材料鑽出毛發大小的針孔。

現在由光學物理學家羅伯特拉豐領導的這個小組正在將其研究擴展到更具異國情調的玻璃，如藍寶石和Zerodur，以及金屬，如鈦，因瓦合金，可伐合金和鋁材 - 這些材料常用於航天儀器。目標是焊接較大的這些材料，並表明激光技術可以有效地將窗戶粘附到激光外殼和光學元件以及其他應用中。

在空間技術任務理事會中心創新基金計劃的支持下，該小組還在探索該技術在製造和封裝光子集成電路中的應用，光子集成電路是一項新興技術，可以使通信，數據中心和光學傳感器等各方麵受益。雖然它們類似於電子集成電路，但是光子集成電路是在包括二氧化矽和矽的材料混合物上製造的，並且使用可見光或紅外光而不是電子來傳輸信息。

“這開始是純粹的研究，但現在我們希望開始將我們學到的東西應用到Goddard的樂器製作中，”Lafon說，指的是他和他的團隊，包括Frankie Micalizzi和Steve Li正在使用的工作。嚐試不同的材料和技術，可以有利於航天應用。“我們已經看到了應用程序的內容。在這種情況下，研究的研究是為了我們的最大利益，“拉豐說。

技術的美德

Steve Li（左），Frankie Micalizzi（中）和Robert Lafon（右）正在使用超快激光來粘合不同材料並蝕刻微觀通道或波導，光可以通過光子集成電路和激光發射器傳播。（圖片來源：Bill Hrybyk / NASA）

推動這些應用的核心是激光器本身。Lafon說，憑借其短脈衝 - 在一千萬億分之一秒內測量 - 超快激光以獨特的方式與材料相互作用。激光能量不會熔化目標材料。它在不加熱周圍物質的情況下蒸發它。

因此，技術人員可以精確地瞄準激光並粘合不同材料，否則在沒有環氧樹脂的情況下無法附著。“不可能將玻璃與金屬直接粘合，”拉豐說。“你必須使用環氧樹脂，它會在鏡子和其他敏感儀器組件上排出並沉積汙染物。這可能是一個嚴肅的應用程序。我們想擺脫環氧樹脂。我們已經開始聯係其他團體和代表團，了解這些新功能如何使他們的項目受益。“

另一個重要的應用是微機械加工領域。“在不損壞周圍物質的情況下去除少量材料的能力使我們能夠加工微觀特征，”Lafon補充道。