激光微加工技術具有非接觸、加工材料范圍廣、精度高、重復率高、熱影響區域小、形狀與尺寸加工柔性高等優點，廣泛應用于微機械，微電子器件，醫療器械，航空精密制造等領域。目前，研究超短脈沖激光的微加工，大多數使用的是低功率激光（P<30W）。與低功率激光相比，高功率超短脈沖激光有更高的加工能力，但目前關于高功率超短脈沖激光材料去除加工的研究較少，特別是高于100W的激光功率。
中科院寧波材料所先進制造所張文武帶領的激光與智能能量場制造工程團隊，在自主研發的開放式五軸聯動數控系統基礎上，與二軸掃描振鏡結合，開發出五軸聯動300W皮秒激光加工和40W納秒激光加工系統。利用300W皮秒激光加工系統，團隊在銅，鋁，石英等材料上加工微槽，分析了不同加工參數條件對微槽寬度及深度的影響。該成果為焦俊科、阮亮、張天潤、張文武共同完成，并在美國底特律ASME 2014 Manufacturing Science andEngineering Conference上能量場制造論壇作為主題報告加以報道，引起與會學者廣泛興趣。
該研究推動了高速微納米加工技術的發展和應用。由于將微細加工的速度相對于常規系統提高5-10倍，又很好地控制了熱影響，結合自主研發的五軸平臺和軟件界面，為大尺度復雜形體的激光精密加工奠定了基礎。實驗條件在2-20MHz時，最大的激光功率為300W，波長為1064nm，頻率調整范圍為400KHz-20MHz。激光束反射到掃描振鏡中，聚焦光斑約為40-75um。微加工路徑由掃描振鏡控制，最大速度為10m/s。研究表明，高功率皮秒激光是一種微加工的有效工具，不同的掃描層，激光功率，掃描速度下，材料去除效率不同。研究對比了納秒激光和皮秒激光的加工效率，發現皮秒激光要高于納秒激光的加工效率，如圖所示，皮秒激光的單位能量的材料去除率在一定深度范圍內是對比納秒激光的兩倍以上。團隊利用共聚焦顯微鏡對微槽加工結果進行精確測量（圖3）。測量精度XY方向達到140納米以下，Z向達到小于10納米。溝槽的粗糙度、加工的三維形狀和去除體積得以高可靠性測量。
論文進一步揭示了激光脈沖能量、平均功率等對材料去除率的影響，并指出單脈沖能量與加工的深度能力密切相關。超短脈沖激光器的深度能力適合于小于3毫米的微細加工，高效率的大深度微細加工需要進一步的工藝突破。團隊下一步將探索水助激光加工，進一步提高脈沖激光的加工深度能力。
五軸聯動高功率皮秒激光加工系統
皮秒激光與納秒激光加工材料去除效率對比
共聚焦激光掃描顯微鏡測試的微槽尺寸
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