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玻璃內(nèi)雕、玻璃切割，玻璃鉆孔，一臺(tái)瑞豐恒355nm紫外激光器就夠了
發(fā)布時(shí)間：2019/11/19
在玻璃內(nèi)雕刻特殊形狀的高精度中空結(jié)構(gòu)中傳統(tǒng)的機(jī)械加工手段是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，這就需要用到新型的激光加工技術(shù)。
激光束從玻璃的上表面入射，聚焦到與入射面相對(duì)的另一側(cè)的內(nèi)表面。與玻璃亞表面雕刻不同，被激光剝離出來(lái)的基底材料會(huì)很容易地飄離加工區(qū)域。通過(guò)適當(dāng)而精確的控制激光焦點(diǎn)的位置，就可以實(shí)現(xiàn)在玻璃內(nèi)任意一個(gè)截面進(jìn)行高精度并具重復(fù)性的打孔。這種加工工藝主要具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):
由于加工中剝離出來(lái)的玻璃粉塵不影響到激光束，避免了粉塵引起的等離子體激發(fā)過(guò)程，進(jìn)而避免了對(duì)加工質(zhì)量的影響，從而保證加工的高度精確和可重復(fù)性；孔的深寬比可以分別獨(dú)立選擇而幾乎不受任何限制，也不會(huì)有精度上的損失；正如圖中所示的高寬比達(dá)到50的孔，深寬比更大的孔也能容易實(shí)現(xiàn)；孔的橫載面可以沿著孔的深度方向變化，孔的中部被展寬，形成類(lèi)似金字塔樣的結(jié)構(gòu)，而這也是其它加工手段所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)層層剝離切割，可以在玻璃或類(lèi)似玻璃的材料中加工出幾乎任意一種三維結(jié)構(gòu)。超精玻璃鉆孔, 橫截面隨深度變化的孔（圖所示樣品的孔中添加了彩色液體以易于觀察）。
在以往的激光玻璃加工中，通常都只使用遠(yuǎn)紅外或紫外激光。這是由于玻璃對(duì)激光的吸收局限于遠(yuǎn)紅外和紫外波段（參圖）. 而固體激光器的激光波長(zhǎng)為1μm左右, 它的二倍頻波段在玻璃內(nèi)則幾乎是完全透明的，因此只有極少一部分激光能量能被吸收并轉(zhuǎn)換為熱。
如果能夠把短脈寬高強(qiáng)度的激光脈沖聚焦成一個(gè)很小的點(diǎn)，在焦點(diǎn)處就可以達(dá)到很高的強(qiáng)度(功率密度)。當(dāng)焦點(diǎn)處的光強(qiáng)超過(guò)閾值Is時(shí)，會(huì)引發(fā)介質(zhì)中的原本很少的自由載流子產(chǎn)生雪崩效應(yīng)，密度急劇增加，引起介質(zhì)對(duì)電磁輻射吸收系數(shù)的大幅度增加。這時(shí)，被吸收的激光能量使一小部分材料融化并蒸發(fā)。這一過(guò)程的特別之處在于，激光與材料的相互作用僅僅局限于焦點(diǎn)處，焦點(diǎn)以外的材料不會(huì)被激光影響。
這種非線性吸收過(guò)程的閾值強(qiáng)度Is非常高，通常需達(dá)到109~1010W/cm2。為了達(dá)到如此高的強(qiáng)度，需要滿足兩個(gè)條件：
其一，激光的光束質(zhì)量要足夠好，以保證能將其聚焦成很小的點(diǎn)；
其二，激光器需工作于調(diào)Q模式，以輸出高峰值功率的激光脈沖。半導(dǎo)體激光器泵浦的調(diào)Q固體激光器結(jié)合了上述兩個(gè)特點(diǎn)，并且成熟的商業(yè)化產(chǎn)品已推出市場(chǎng)多年，其中常見(jiàn)的是Nd:YAG和Nd:YVO4激光器。
上圖所示的是鉆有1000多個(gè)錐形孔，厚為2mm的玻璃晶元樣品，鉆孔速度為5秒/孔。全尺寸的觸摸屏面板切割，以及三維結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能玻璃聚光器的切割，也可以通過(guò)逐層掃描切割實(shí)現(xiàn)。下圖是玻璃切割的樣品。以厚度為0.7mm的觸摸屏玻璃切割為例，等效紫外激光切割線速度可以達(dá)到10mm/s。
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關(guān)鍵詞： 355nm紫外激光器,玻璃內(nèi)雕,玻璃切割,玻璃鉆孔
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