Femtosecond-lasrar kan bearbeta alla fasta material med hög kvalitet och hög precision med sina ultrasnabba och extremt intensiva egenskaper. Med den kontinuerliga utvecklingen av laserteknik, ultrasnabb lasertillverkning kan bli en av de primära metoderna som används i avancerad tillverkning i framtiden.

Nyligen, forskare har insett en ny metod för elektrondynamikstyrning för ultrasnabb lasermikro/nanotillverkning. För första gången, den lokaliserade övergående elektrondynamiken kan aktivt styras för att manipulera materialegenskaper, vilket förbättrar effektiviteten kraftigt, kvalitet, enhetlighet och precision i lasertillverkning.

Denna forskning genomfördes av gruppen av professor Lan Jiang från Beijing Institute of Technology, i samarbete med professor Tian-Hong Cui från University of Minnesota, och professor Yongfeng Lu från University of Nebraska – Lincoln. Deras forskningsresultat granskades nyligen i Ljus:Vetenskap och tillämpningar .

Under det senaste decenniet har forskargruppen har ägnat sina ansträngningar åt att studera nya tillverkningsmetoder baserade på elektrondynamikstyrning. De använde den tidsmässigt/rumsligt formade ultrasnabba lasern för att styra lokal transient elektrondynamik (t.ex. densitet, temperatur, och distribution); vidare, de modifierade de lokaliserade övergående materialegenskaperna och justerade materialfasförändringen; så småningom, de implementerade den nya tillverkningsmetoden.

De etablerade en multiskala modell av ultrasnabba lasermaterialinteraktioner och förutspådde att de tidsmässigt/rumsligt formade ultrasnabba pulserna kan styra lasermaterialets interaktionsprocesser. Vidare, på grundval av de teoretiska förutsägelserna, de kontrollerade experimentellt giltigheten av elektrondynamikens kontrollmetod. Dessutom, de föreslog och implementerade ett multiskala mätsystem för att observera femtosekundlaserablationsdynamik från femtosekundskala till andra skala, som gav experimentella bevis för den föreslagna mekanismen.

Med denna metod, de förbättrade tillverkningseffektiviteten kraftigt, kvalitet, repeterbarhet och precision, och utökade tillverkningsgränserna för lasertillverkning. Den nya metoden har löst några kritiska tillverkningsutmaningar och redan tillämpats på en rad stora kinesiska nationella projekt. Denna nya metod förverkligar den aktiva kontrollen av lokaliserad övergående elektrondynamik i lasertillverkningsprocessen för första gången. Vidare, det öppnar stora möjligheter för kontroll av tillverkning på elektronnivå, som kan ge revolutionära bidrag till avancerad tillverkning, manipulering av materialegenskaper, och kontroll av kemiska reaktioner.