引言：大家對雷射加工並不陌生，但你對經常能聽到的納秒雷射、皮秒雷射、飛秒雷射等，你是否能分得清呢？
我們先來搞清楚時間單位換算
1ms (毫秒)=0.001秒=10-3秒
1μs (微秒)=0.000001=10-6秒
1ns (納秒)=0.0000000001秒=10-9秒
1ps (皮秒)=0.0000000000001秒=10-12秒
1fs (飛秒)=0.000000000000001秒=10-15秒
搞清楚了時間單位，脈寬是雷射儀器的一個常用術語，又稱脈衝時間，是指短脈衝雷射單位脈衝的持續時間，一般用毫秒及納秒來表示。
如皮秒雷射則是指脈寬達到皮秒級別，其發射的脈衝持續時間非常短。我們就知道了飛秒雷射是一種極其超短脈衝的雷射加工。近十年來，超短脈衝雷射加工技術取得突飛猛進的發展。
超短脈衝雷射的意義
人們很早就嘗試利用雷射進行微加工。但是由於雷射的長脈衝寬度和低雷射強度造成材料熔化並持續蒸發，雖然雷射束可以被聚焦成很小的光斑，但是對材料的熱衝擊依然很大，限制了加工的精度。唯有減少熱影響才能提高加工質量。
超快雷射可以獲得極高的脈衝能量。超快雷射器是指輸出雷射的脈衝寬度在皮秒（10-12 秒）級別、或小於皮秒級別的脈衝雷射器，根據輸出雷射的脈寬不同，超快雷射器又可分為皮秒雷射器、飛秒雷射器、阿秒雷射器等。超快雷射可以將光能集中在皮秒至飛秒的時間間隔內，並將光聚焦到比頭髮直徑還要小的超細微空間區域，同時，雷射能量集中在如此短的時間內，會獲得巨大的單脈衝能量和極高的峰值功率。
超快雷射與材料相互作用的時間極短，能在很大程度上避免長脈寬、低強度雷射造成材料熔化與持續蒸發現象（熱影響），確保了加工過程中不會對所涉及的空間範圍的周圍材料造成影響，大大提高了加工質量。超快雷射加工也因此被稱為「冷加工」。
超短脈衝加工能量極快地注入很小的作用區域，瞬間高能量密度沉積使電子吸收和運動方式發生變化，避免了雷射線性吸收、能量轉移和擴散等影響，從根本上改變了雷射與物質相互作用機制。
雷射加工的廣泛應用
雷射加工包含高功率切割、焊接；微加工之鑽孔、劃線、切割、紋理、剝除、隔離等，各種雷射加工手段的主要用途有：
短脈衝雷射技術的迅速發展使得其在工業範圍的應用非常廣泛，幾乎每天都會發現新的應用。目前短脈衝主要集中在下面幾個應用領域。
1. 鑽孔
電路板設計中人們開始用陶瓷基底代替常規的塑料基底以實現更好的導熱效果。為了連接電子元件，一般需要在板上鑽高達數十萬個μm級的小孔。因此保證基底的穩定性不會受到鑽孔過程時熱輸入的影響就變得十分重要，皮秒雷射正是這個應用的理想工具。
皮秒雷射能以衝擊鑽探的方式完成孔的加工，並保證孔的均勻性。除了電路板，皮秒雷射還可以對塑料薄膜、半導體、金屬膜和藍寶石等材料進行高質量鑽孔。
2. 劃線，切割
通過掃描的方式疊加雷射脈衝可以形成線。通常要通過大量的掃描可以深入到陶瓷內部，直到線的深度達到材料厚度的 1/6。然後沿著這些刻線從陶瓷基底上分離單個模塊。這種分離方法叫做劃線。
另一種分離方法是使用超短脈衝雷射燒蝕切割，也稱為消融切割。雷射對材料進行燒蝕，去除材料直到它被切透。這個技術的好處是加工的孔的形狀和尺寸具有較大的靈活性。所有的工藝步驟可以通過一台皮秒雷射器完成。
3. 線燒蝕（去除鍍層）
另外一種經常被視作微加工的應用是在不損害或輕微損害基底材料的情況下精確去除塗層。燒蝕既可以是幾微米寬的線，也可以是幾平方厘米的大面積去除。
由於塗層的厚度通常遠小於燒蝕的寬度，以至於熱量不能在側面傳導。因此可以使用納秒級脈衝寬度的雷射。
高平均功率雷射、方形或矩形傳導光纖、平頂光強分布，這幾項技術的結合使得雷射面燒蝕得以在工業領域得到應用。例如：使用通快公司的 TruMicro 7060 雷射器去除薄膜太陽電池玻璃上的塗層。同樣的雷射器也可以應用在汽車工業中對抗腐蝕塗層進行去除，為後續焊接做準備。
4. 表面結構化
結構化可以改變材料表面的物理特性。根據荷花效應，疏水性表面結構讓水從表面流掉。用超短脈衝雷射器在表面創造亞微米結構可以實現這個特性，並可以通過改變雷射參數對所要創造的結構進行精確控制。
相反的效果，例如親水性表面，同樣可以實現，而且微加工還可以創造更大尺寸的結構。這些工藝可以用於發動機中的油箱來製造一些降低磨損的微結構，或者在金屬表面結構化實現與塑料的焊接。
5. 雕刻成型
雕刻成型是通過燒蝕材料創造三維形狀。儘管燒蝕的尺寸可能會超過傳統意義上所說的微加工的範疇，但是它所需的精度還是使它被劃分到這類雷射應用領域。皮秒雷射可以用於加工銑床的多晶金剛石刀具邊緣。
雷射是加工多晶金剛石的理想工具，多晶金剛石是可以製作銑刀刀刃的極為堅硬的材料。使用雕刻成型技術來加工銑刀的切屑槽和齒，這種情形下雷射的好處是非接觸和高加工精度。
微加工具有非常廣闊的應用前景，越來越多的生活用品正通過雷射微加工進入我們的視野。
- 皮秒切割在鋰電行業的應用
300W大功率皮秒雷射正極極片製片機。從技術原理上來說，皮秒雷射由於脈寬極窄，能夠依靠自身極高的峰值功率，使材料瞬間氣化。與納秒雷射的熱加工不同，皮秒雷射屬於氣化消融或改質加工，熱效應微乎其微，不產生融珠，加工邊緣整齊，打破了納秒雷射熱影響區及毛刺較大的困局。
可以說，皮秒雷射的模切工藝，恰恰解決了目前五金模切存在的諸多痛點，讓占據電芯成本最大比重的正極極片切割工序有了質的提升：
6.1 品質及良率
五金模切是利用機械咬合的原理，切角易存在缺陷，需要反覆調試。且機械刀具使用時間長後會出現磨損，導致極片出現毛刺，從而影響整個批次的電池良率。同時，為提升單體能量密度，極片的壓實密度提高、厚度增加也會加劇裁刀的損耗。
而300W大功率皮秒雷射加工品質穩定，能夠長期穩定工作，即便材料加厚也不會造成設備損耗。某款以皮秒雷射為核心的正極極片製片機去年就已完成研發並進廠測試，在一年多的試生產過程中，從常規厚度120μm、160μm，一直切到200μm、220μm、250μm，成品均無毛刺，均能滿足疊片工藝的要求。據統計，使用300W大功率皮秒雷射進行極片模切良率達99.9%、尺寸精度≤±70um。
6.2 綜合效率
從機器的直接生產效率來看，300W大功率皮秒雷射正極極片製片機每小時製片量與五金模切製片機基本處於同一水平，但考慮到五金機械每三五天需要換一次刀，而換刀必將導致產線全線停工，換刀後還需重新調試，每次換刀意味著幾小時的停工。全雷射高速製片則節約了換刀時間，綜合效率更勝一籌。
6.3 柔性化
對動力電池廠而言，一條疊片產線往往會承載不同型號電池的生產任務。每次換型，都會為五金模切設備多花費幾天時間，考慮到有些電池還有沖角需求，將會進一步延長換型時間。
而雷射工藝沒有換型的煩惱。無論是外形變化還是尺寸變化，雷射都能「一切了之」。需要補充的是，在裁斷工序上，如果將590的產品換成960、甚至1200的產品，對五金模切而言需要換大刀，而雷射工藝只需要加1-2個光路系統，裁斷效率不會受影響。可以說，不論是換型量產，還是小規模試樣，雷射的柔性化優勢都突破了五金模切的上限，能為電池廠家節省大量時間。
6.4 綜合成本低
儘管五金模具沖切工藝是目前極片分切的主流工藝，且初期採購成本較低，但需要經常修模、換模，且這些維護動作都要導致產線停工，耗費更多工時。相比之下，皮秒雷射解決方案無其他耗材，後續維護成本極低。
據測算，以590尺寸/160um厚度磷酸鐵鋰正極極片裁切為例，採購皮秒雷射設備第一年的成本高於傳統五金設備，但第二年二者投入的成本基本持平，等設備投產到第五年時，皮秒雷射設備的總成本比傳統五金設備的成本還要低700萬元！
總結
目前全球主要廠商包括大族雷射、Disco、華工科技、盛雄雷射、韓國EO Technics、Coherent、IPG、帝爾雷射和光韻達等
雷射加工屬於無接觸式加工，具有後續工藝少，可控性好、易於集成，加工效率高、材料損耗小，環境污染低等顯著優勢，已廣泛應用於汽車、電子、電器、航空、冶金、機械製造等行業，對提高產品質量、勞動生產率、自動化程度、減少材料消耗等起到愈來愈重要的作用。
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