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紫外激光切割機切割玻璃應用

發布時間：2018-09-26 來源：元祿光電

在玻璃內雕刻特殊形狀的高精度中空結構中傳統的機械加工手段是無法實現的，這就需要用到新型的紫外激光切割技術。

激光束從玻璃的上表面入射，聚焦到與入射面相對的另一側的內表面。與玻璃亞表面雕刻不同，被激光剝離出來的基底材料會很容易地飄離加工區域。通過適當而精確的控制激光焦點的位置，就可以實現在玻璃內任意一個截面進行高精度并具重復性的打孔。這種加工工藝主要具有以下幾個優點:

由于加工中剝離出來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過程，進而避免了對加工質量的影響，從而保證加工的高度精確和可重復性；孔的深寬比可以分別獨立選擇而幾乎不受任何限制，也不會有精度上的損失；正如圖中所示的高寬比達到50的孔，深寬比更大的孔也能容易實現；孔的橫載面可以沿著孔的深度方向變化，孔的中部被展寬，形成類似金字塔樣的結構，而這也是其它加工手段所無法實現的。通過層層剝離切割，可以在玻璃或類似玻璃的材料中加工出幾乎任意一種三維結構。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，通常都只使用遠紅外或紫外激光。這是由于玻璃對激光的吸收局限于遠紅外和紫外波段（參圖）. 而固體激光器的激光波長為1μm左右, 它的二倍頻波段在玻璃內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換為熱。

如果能夠把短脈寬高強度的激光脈沖聚焦成一個很小的點，在焦點處就可以達到很高的強度(功率密度)。當焦點處的光強超過閾值Is時，會引發介質中的原本很少的自由載流子產生雪崩效應，密度急劇增加，引起介質對電磁輻射吸收系數的大幅度增加。這時，被吸收的激光能量使一小部分材料融化并蒸發。這一過程的特別之處在于，激光與材料的相互作用僅僅局限于焦點處，焦點以外的材料不會被激光影響。

這種非線性吸收過程的閾值強度Is非常高，通常需達到109~1010W/cm2。為了達到如此高的強度，需要滿足兩個條件：

其一，激光的光束質量要足夠好，以保證能將其聚焦成很小的點；

其二，激光器需工作于調Q模式，以輸出高峰值功率的激光脈沖。半導體激光器泵浦的調Q固體激光器結合了上述兩個特點，并且成熟的商業化產品已推出市場多年，其中常見的是Nd:YAG和Nd:YVO4激光器。