金剛石是自然界最堅硬的物質，但它不只是珠寶。這種材料導熱性能比銅快5倍，能承受極端高溫和輻射，還能透光、絕緣，甚至被改造成半導體。然而，正是這些“超能力”讓金剛石成了“最難加工”的材料——傳統工具要么切不動它，要么會留下裂痕。直到激光技術的出現，人類終于找到了一把征服這顆“材料之王”的鑰匙。

       為什么激光能“切動”金剛石？

       想象用放大鏡聚焦陽光點燃紙張，激光加工金剛石的原理類似，但更精密。當高能激光束照射金剛石時，會發生一場微觀的“碳原子變形記”：  

       1、金剛石變身石墨：

       激光能量讓表面金剛石結構（sp3）變為較軟的石墨（sp2），就像鉆石瞬間“退化”成了鉛筆芯。  

       2、石墨被“蒸發”：

       石墨層在高溫下升華，或被氧氣刻蝕，最終留下精準的加工痕跡。  

       3、關鍵突破口：缺陷  

       理論上，完美金剛石只能被紫外激光（波長<229 nm）加工，但現實中的人工金剛石總存在微小缺陷（如雜質、晶界）。這些缺陷就像“漏洞”，讓普通綠光（532 nm）或紅外激光（1064 nm）也能被吸收。科學家甚至能通過調控缺陷分布，“指揮”激光在金剛石上刻出特定圖案。

       激光類型：從“火爐”到“冰刀”的進化

       激光加工結合計算機數控系統、先進光學系統以及高精度和自動化工件定位，可形成研制和生產加工中心。應用于金剛石加工，能實現高效、高精度加工。不同激光束類型作用于金剛石表面，加工效果差異顯著。用于金剛石加工的激光依據激光脈沖長度和原子晶格碰撞之間的大小關系分為“熱加工”和“冷加工”兩類，最具代表性的是納秒激光和飛秒激光。

       1、微秒激光加工

       微秒激光脈寬較寬，通常適用于粗加工。在鎖模技術出現前，激光脈沖大多在微秒與納秒量級，當前關于微秒激光直接加工金剛石的報道較少，且大多關注后端加工應用領域。

       2、納秒激光加工

       納秒激光目前占據較大市場份額，具有穩定性好、成本低、加工時間短等優點，在企業生產中廣泛應用。不過，納秒激光燒蝕過程對樣品有熱破壞性，宏觀表現為加工產生較大熱影響區。

       3、皮秒激光加工

       皮秒激光加工介于納秒激光熱平衡燒蝕和飛秒激光冷加工之間，脈沖持續時間顯著減小，極大降低了熱影響區帶來的損傷。

       4、飛秒激光加工

       超快激光技術為金剛石精細加工帶來機遇，但飛秒激光器造價及維護成本高昂，限制了加工方法推廣，目前相關研究大多停留在實驗室階段。飛秒激光加工中，激光能量通過光誘導光學擊穿效應作用于激光輻照區域，大量電子離化導致結構和相組成改變，對于金剛石則是發生 sp3相向 sp2相的轉變，隨后發生照射區域材料燒蝕。

       舉個例子： 

       納秒激光像“熱刀切黃油”：快速高效，但切口邊緣可能被燙焦。  

       飛秒激光像“冰刀刻水晶”：每一束光脈沖都短到來不及傳熱，直接讓材料“冷蒸發”，留下光滑的納米級結構。  

       激光加工金剛石研究進展

       激光在金剛石材料加工中的應用研究主要集中在激光切割、激光打孔、微槽道加工以及激光平整化等方面。當前，隨著金剛石 CVD 技術日益成熟，金剛石加工問題逐漸成為其應用的主要限制性因素，而激光加工憑借優異性能，正逐漸成為金剛石的主流加工方法。

       結語

       從“切不動”到“隨心刻”，激光技術讓金剛石不再是困在實驗室的“花瓶”。隨著技術迭代，未來我們可能會看到：鉆石芯片在手機中散熱、量子計算機用金剛石存儲信息、甚至人體內植入金剛石生物傳感器……這場光與鉆石的共舞，正在改變我們的生活。