大族粤铭激光每天为您提供最新的激光科技前言资讯：利用超短脉冲贝赛尔光束对钙钠玻璃和蓝宝石进行切割。由于贝赛尔光束长而且均匀的特点对于玻璃厚度增加具有特别的优势并且能实现卓越的隐形切割和控制切割裂纹的扩展。

        玻璃切割是平板显示及智能电子行业中高度关注的一个话题，其关键技术是如何同时实现高产出率、低残余热效应及良好的切割面质量，且切割过程必须节约能源且节省材料。在基于激光和基于金刚石刀具解决方案之间，出现了一个更有前途的技术--超短脉冲激光切割。事实上，超短脉冲激光能够让玻璃内部产生非线性的吸收。在特定的照射条件下，这个内部修正可以实现良好的玻璃切割质量。

        最近几年，许多无机材料像是玻璃，石英，蓝宝石等，越来越多用于大众市场，如消费性电子，平面显示器，光学，光学电子跟制表产业。所以玻璃的加工，尤其是玻璃切割是全球各产业感兴趣的主题。最关键的是如何将高产出效率、低热效应残留和良好的断面加工质量结合在一起来避免崩缺chipping和后制程步骤的研磨或抛光。能源效率和材料效率的标准，也是必须要持续的进步发展。
 

 
图 1. 使用USP激光器做无尘和无缝的玻璃切割概要图
 

图 2. 钠石灰玻璃经过filament-based隐形切割后的放大图。实验参数为: 350fs, 500kHz, 1.5W, NA 0.08, 1mm/s.
实验
激光源
所有的切割试验所使用的三种不同的超短脉冲激光，都是来自AMPLITUDE SYSTEMES. 第一个是掺镱放大器的光纤激光器(Satsuma, 350fs-1ps,8W, up to 2MHz)。第二个是掺镱放大器的固态激光器(S-Pulse HR, 150fs, 2W,120kHz)。第三个是放大器掺镱的薄盘激光器(Tangor, 900fs, 30W, 300kHz)。这三种激光源的工作波长都在1030nm。其内部的脉冲选择器能产生较低的重复频率 1 kHz. 脉冲宽度和平均功率分别用自相干仪和功率计量测。
 

图 3. 玻璃切割的实验设置。轴棱镜和L2 镜片只用于贝塞尔光束设置 (green optics)。

 

图 5. 利用 plano-convex axicon 来做贝塞尔光束的光束追踪。传入的高斯光束的直径为4.4mm，角度大约为 178°。如图中红色划线处。
 

图 6. 计算镜组的设置. L2和L1一起作为望远镜让缩小的贝塞尔光束可以到达目标材料。L1是聚焦镜。
 

图 7.图二玻璃内部聚焦的放大显示图
 

图 8. CMOS照相机捕捉到用贝塞尔光束暴露在钠石灰玻璃里一秒的侧面放大图 (a) 用 50x/ON0.42 的放大倍率(b) 用 20x/ON0.40 的放大倍率。等离子的通道长度分别为 190um 和 1360um。(c) 在长时间或高脉冲能量下观察到不稳定的贝塞尔光束。
 

图 9. (a)用 8mm-aspheric 聚焦镜片修正钠石灰玻璃加工的侧视图。贝塞尔光束集中在玻璃的中心。实验参数为: 150fs, 1.8W, 15uJ, 0.1mm/s; (b) 贝塞尔光束的前视图。
 

 
图 10. 在 20x/ON0.40 放大倍率下，用贝塞尔光束修正钠石灰玻璃的侧视图.雷射从左边进来。脉冲宽度为 350fs.在不同时间下用相同的脉冲能量和相同的脉冲数 (a) 500kHz,5W, 10uJ, 暴露时间 1秒；(b) 100kHz, 1W, 10uJ, 暴露时间 5秒. 变异长度为 1mm.
 

图 11. 当高斯光束聚焦在 20x/ON0.40 的时候，用105脉冲静态雷射照射在钠石灰玻璃所得到的变异量俯视图。脉冲宽度为 350fs. 在不同时间下用相同的脉冲能量和相同的脉冲数 (a) 500kHz; (b)100kHz.
 

图12. 用高斯光束沿着曲线滑动切割钠石灰玻璃。宽度为26mm厚度为1mm. 实验参数：900fs, 200kHz, 2.3W, NA 0.04, 1mm/s.

结论
我们对于用贝塞尔光束使用不同的切割技术进行研究：隐形切割或USP控制裂缝延伸。将结果与高斯光束做比较。显示贝塞尔光束可以达到较薄和细长的变异量。然而，贝塞尔光束本身的能力在切割质量和侧壁形态得到相当好的结果。事实上，飞秒的脉冲宽度有助于将能量分散累积到大面积的激光轨迹周围。此外我们认为在能量强度较低的贝塞尔光束中心四周也有能量的累积。用贝塞尔光束来做蓝宝石的隐形切割也证明非常成功。
 

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