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紫外激光切割機切割玻璃應用

發(fā)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(tǒng)的機械加工手段是無法實現(xiàn)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(qū)域。通過適當而精確的控制激光焦點的位置，就可以實現(xiàn)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(yōu)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(fā)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(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，形成類似金字塔樣的結構，而這也是其它加工手段所無法實現(xiàn)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(fā)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(fā)。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(yè)化產品已推出市場多年，其中常見的是Nd:YAG和Nd:YVO4激光器。

上圖所示的是鉆有1000多個錐形孔，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，以及三維結構的太陽能玻璃聚光器的切割，也可以通過逐層掃描切割實現(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，等效紫外激光切割機線速度可以達到10mm/s。