超快激光在帥登工業(yè)玻璃加工上的應(yīng)用

玻璃是一種透明的類固體材料，在我們平常日子中運用廣泛。玻璃的運用范圍在不斷擴大，尤其是和其他材料相結(jié)合能更多地運用于高科技領(lǐng)域。玻璃由碳酸鈉、石灰石和沙子等多見的材料制成。這些材料在高溫條件下（約1500℃）溶化，就像液體一樣，可以被灌注、吹制、束縛和模塑成各種形狀。但在室溫下，玻璃就變成固體，冷卻后由于機械功用的改動會變得難以加工處理。

玻璃具有其他材料所不具有的一起功用。它具有極好的光學(xué)功用，能反射、彎曲、透射和吸收光線，在悉數(shù)可視范圍內(nèi)甚至更遠，都具有較高的透明度。從化學(xué)功用來說，玻璃是一種抗腐蝕的慵懶材料，可以作為許多化學(xué)品的容器。從熱力和電力方面來看，玻璃是一種絕佳的絕緣體。從物理功用來看，玻璃表面堅固，防刮耐磨，這些年經(jīng)過各種方法，玻璃甚至具有了彈性。但是，也恰是這些功用使得玻璃加工面臨著更大應(yīng)戰(zhàn)，例如一旦玻璃具有極好的抗拉強度，就變得易碎。

因此，處理玻璃的方法和其運用都需要從長計議。玻璃制造可以追溯到公元前3500年支配。人工制造玻璃大概首要呈現(xiàn)在美索不達米亞和埃及，首要被用來制造珠寶，隨后被用來制造壺。今后，加工技術(shù)不斷改進，從手工加工演變?yōu)楝F(xiàn)在的高科技工業(yè)技術(shù)，呈現(xiàn)了許多玻璃品種和運用。雖然玻璃制造歷史悠久，但近幾十年來由于玻璃的易碎功用，對于玻璃制品進行加工的技術(shù)止步不前。

通常一個小裂紋就會構(gòu)成玻璃破碎。一旦微裂紋在玻璃的某個部位構(gòu)成，它就會蔓延至玻璃邊沿，構(gòu)成決裂。玻璃的這種易碎特點使其難以加工。其他一方面，不斷發(fā)展的技術(shù)使其可制成結(jié)構(gòu)更小，且形狀各異的玻璃來運用于不一樣領(lǐng)域。傳統(tǒng)的精確方法，如光刻和電子束光刻等來加工玻璃，但這些技術(shù)過于寶貴，不易操作，特別是大面積運用?，F(xiàn)在，激光技術(shù)供應(yīng)了加工玻璃的最精確方法。最開門見山的方法就是在波長范圍內(nèi)運用單光子吸收，玻璃在紅外線或紫外線下不會高度透明。

但是，直接吸收會發(fā)作一些問題，包含不良熱影響以及構(gòu)成熱影響區(qū)，這會發(fā)作微裂紋，嚴重危害玻璃的機械穩(wěn)定性。此外，在玻璃表面下方進行加工，制造三維結(jié)構(gòu)，需要運用高透明度波長。雖然納秒脈沖激光器可以用于在玻璃中制造次表層結(jié)構(gòu)（如圖1），玻璃的物理機制會對微處理的精細程度構(gòu)成束縛，也會發(fā)作微裂紋。

圖1：運用納秒激光器（左圖）和運用近紅外（NIR）飛秒激光器（右圖）對玻璃進行激光加工示例。

這些年，一種激動人心的代替性技術(shù)已投入工業(yè)運用，即運用超快激光器在近紅外波長范圍內(nèi)發(fā)作次皮秒脈沖。在這一方法中，超短脈沖緊密集合于玻璃的大多數(shù)或表面，每平方厘米的功率密度超過數(shù)太瓦，引起凌亂多樣的技術(shù)，如同時多光子吸收、雪崩和磕碰電離，構(gòu)成對玻璃基質(zhì)高度局域化的損壞，同時幾乎不存在能量堆積（只需幾微焦甚至更少）。由于每次脈沖所用能量極端適度，對該部位（甚至是集合體積）構(gòu)成的熱影響可以忽略不計。這一方法通常被稱為“冷消融”，可以用來制造極為精確的3D結(jié)構(gòu)。和其他微制造技術(shù)對比，飛秒激光微制造透明材料具有一起優(yōu)勢。

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