超快激光在帅登工业玻璃加工上的应用

超快激光在帅登工业玻璃加工上的应用

玻璃是一种透明的类固体材料，在我们平常日子中运用广泛。玻璃的运用范围在不断扩大，尤其是和其他材料相结合能更多地运用于高科技领域。玻璃由碳酸钠、石灰石和沙子等多见的材料制成。这些材料在高温条件下（约1500℃）溶化，就像液体一样，可以被灌注、吹制、束缚和模塑成各种形状。但在室温下，玻璃就变成固体，冷却后由于机械功用的改动会变得难以加工处理。

玻璃具有其他材料所不具有的一起功用。它具有极好的光学功用，能反射、弯曲、透射和吸收光线，在悉数可视范围内甚至更远，都具有较高的透明度。从化学功用来说，玻璃是一种抗腐蚀的慵懒材料，可以作为许多化学品的容器。从热力和电力方面来看，玻璃是一种绝佳的绝缘体。从物理功用来看，玻璃表面坚固，防刮耐磨，这些年经过各种方法，玻璃甚至具有了弹性。但是，也恰是这些功用使得玻璃加工面临着更大应战，例如一旦玻璃具有极好的抗拉强度，就变得易碎。

因此，处理玻璃的方法和其运用都需要从长计议。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现在美索不达米亚和埃及，首要被用来制造珠宝，随后被用来制造壶。今后，加工技术不断改进，从手工加工演变为现在的高科技工业技术，呈现了许多玻璃品种和运用。虽然玻璃制造历史悠久，但近几十年来由于玻璃的易碎功用，对于玻璃制品进行加工的技术止步不前。

通常一个小裂纹就会构成玻璃破碎。一旦微裂纹在玻璃的某个部位构成，它就会蔓延至玻璃边沿，构成决裂。玻璃的这种易碎特点使其难以加工。其他一方面，不断发展的技术使其可制成结构更小，且形状各异的玻璃来运用于不一样领域。传统的精确方法，如光刻和电子束光刻等来加工玻璃，但这些技术过于宝贵，不易操作，特别是大面积运用。现在，激光技术供应了加工玻璃的最精确方法。最开门见山的方法就是在波长范围内运用单光子吸收，玻璃在红外线或紫外线下不会高度透明。

但是，直接吸收会发作一些问题，包含不良热影响以及构成热影响区，这会发作微裂纹，严重危害玻璃的机械稳定性。此外，在玻璃表面下方进行加工，制造三维结构，需要运用高透明度波长。虽然纳秒脉冲激光器可以用于在玻璃中制造次表层结构（如图1），玻璃的物理机制会对微处理的精细程度构成束缚，也会发作微裂纹。

图1：运用纳秒激光器（左图）和运用近红外（NIR）飞秒激光器（右图）对玻璃进行激光加工示例。

这些年，一种激动人心的代替性技术已投入工业运用，即运用超快激光器在近红外波长范围内发作次皮秒脉冲。在这一方法中，超短脉冲紧密集合于玻璃的大多数或表面，每平方厘米的功率密度超过数太瓦，引起凌乱多样的技术，如同时多光子吸收、雪崩和磕碰电离，构成对玻璃基质高度局域化的损坏，同时几乎不存在能量堆积（只需几微焦甚至更少）。由于每次脉冲所用能量极端适度，对该部位（甚至是集合体积）构成的热影响可以忽略不计。这一方法通常被称为“冷消融”，可以用来制造极为精确的3D结构。和其他微制造技术对比，飞秒激光微制造透明材料具有一起优势。

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