大族粵銘激光每天為您提供最新的激光科技前言資訊：利用超短脈沖貝賽爾光束對鈣鈉玻璃和藍(lán)寶石進(jìn)行切割。由于貝賽爾光束長而且均勻的特點對于玻璃厚度增加具有特別的優(yōu)勢并且能實現(xiàn)卓越的隱形切割和控制切割裂紋的擴(kuò)展。

        玻璃切割是平板顯示及智能電子行業(yè)中高度關(guān)注的一個話題，其關(guān)鍵技術(shù)是如何同時實現(xiàn)高產(chǎn)出率、低殘余熱效應(yīng)及良好的切割面質(zhì)量，且切割過程必須節(jié)約能源且節(jié)省材料。在基于激光和基于金剛石刀具解決方案之間，出現(xiàn)了一個更有前途的技術(shù)--超短脈沖激光切割。事實上，超短脈沖激光能夠讓玻璃內(nèi)部產(chǎn)生非線性的吸收。在特定的照射條件下，這個內(nèi)部修正可以實現(xiàn)良好的玻璃切割質(zhì)量。

        最近幾年，許多無機(jī)材料像是玻璃，石英，藍(lán)寶石等，越來越多用于大眾市場，如消費性電子，平面顯示器，光學(xué)，光學(xué)電子跟制表產(chǎn)業(yè)。所以玻璃的加工，尤其是玻璃切割是全球各產(chǎn)業(yè)感興趣的主題。最關(guān)鍵的是如何將高產(chǎn)出效率、低熱效應(yīng)殘留和良好的斷面加工質(zhì)量結(jié)合在一起來避免崩缺chipping和后制程步驟的研磨或拋光。能源效率和材料效率的標(biāo)準(zhǔn)，也是必須要持續(xù)的進(jìn)步發(fā)展。
 

 
圖 1. 使用USP激光器做無塵和無縫的玻璃切割概要圖
 

圖 2. 鈉石灰玻璃經(jīng)過filament-based隱形切割后的放大圖。實驗參數(shù)為: 350fs, 500kHz, 1.5W, NA 0.08, 1mm/s.
實驗
激光源
所有的切割試驗所使用的三種不同的超短脈沖激光，都是來自AMPLITUDE SYSTEMES. 第一個是摻鐿放大器的光纖激光器(Satsuma, 350fs-1ps,8W, up to 2MHz)。第二個是摻鐿放大器的固態(tài)激光器(S-Pulse HR, 150fs, 2W,120kHz)。第三個是放大器摻鐿的薄盤激光器(Tangor, 900fs, 30W, 300kHz)。這三種激光源的工作波長都在1030nm。其內(nèi)部的脈沖選擇器能產(chǎn)生較低的重復(fù)頻率 1 kHz. 脈沖寬度和平均功率分別用自相干儀和功率計量測。
 

圖 3. 玻璃切割的實驗設(shè)置。軸棱鏡和L2 鏡片只用于貝塞爾光束設(shè)置 (green optics)。

 

圖 5. 利用 plano-convex axicon 來做貝塞爾光束的光束追蹤。傳入的高斯光束的直徑為4.4mm，角度大約為 178°。如圖中紅色劃線處。
 

圖 6. 計算鏡組的設(shè)置. L2和L1一起作為望遠(yuǎn)鏡讓縮小的貝塞爾光束可以到達(dá)目標(biāo)材料。L1是聚焦鏡。
 

圖 7.圖二玻璃內(nèi)部聚焦的放大顯示圖
 

圖 8. CMOS照相機(jī)捕捉到用貝塞爾光束暴露在鈉石灰玻璃里一秒的側(cè)面放大圖 (a) 用 50x/ON0.42 的放大倍率(b) 用 20x/ON0.40 的放大倍率。等離子的通道長度分別為 190um 和 1360um。(c) 在長時間或高脈沖能量下觀察到不穩(wěn)定的貝塞爾光束。
 

圖 9. (a)用 8mm-aspheric 聚焦鏡片修正鈉石灰玻璃加工的側(cè)視圖。貝塞爾光束集中在玻璃的中心。實驗參數(shù)為: 150fs, 1.8W, 15uJ, 0.1mm/s; (b) 貝塞爾光束的前視圖。
 

 
圖 10. 在 20x/ON0.40 放大倍率下，用貝塞爾光束修正鈉石灰玻璃的側(cè)視圖.雷射從左邊進(jìn)來。脈沖寬度為 350fs.在不同時間下用相同的脈沖能量和相同的脈沖數(shù) (a) 500kHz,5W, 10uJ, 暴露時間 1秒；(b) 100kHz, 1W, 10uJ, 暴露時間 5秒. 變異長度為 1mm.
 

圖 11. 當(dāng)高斯光束聚焦在 20x/ON0.40 的時候，用105脈沖靜態(tài)雷射照射在鈉石灰玻璃所得到的變異量俯視圖。脈沖寬度為 350fs. 在不同時間下用相同的脈沖能量和相同的脈沖數(shù) (a) 500kHz; (b)100kHz.
 

圖12. 用高斯光束沿著曲線滑動切割鈉石灰玻璃。寬度為26mm厚度為1mm. 實驗參數(shù)：900fs, 200kHz, 2.3W, NA 0.04, 1mm/s.

結(jié)論
我們對于用貝塞爾光束使用不同的切割技術(shù)進(jìn)行研究：隱形切割或USP控制裂縫延伸。將結(jié)果與高斯光束做比較。顯示貝塞爾光束可以達(dá)到較薄和細(xì)長的變異量。然而，貝塞爾光束本身的能力在切割質(zhì)量和側(cè)壁形態(tài)得到相當(dāng)好的結(jié)果。事實上，飛秒的脈沖寬度有助于將能量分散累積到大面積的激光軌跡周圍。此外我們認(rèn)為在能量強(qiáng)度較低的貝塞爾光束中心四周也有能量的累積。用貝塞爾光束來做藍(lán)寶石的隱形切割也證明非常成功。
 

        大族粵銘激光專業(yè)激光設(shè)備生產(chǎn)廠家，產(chǎn)品有金屬激光切割機(jī)，激光模切機(jī)，激光雕刻機(jī)等等。

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