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超快激光在玻璃加工中的应用

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2019-12-16 0:15:45 * 浏览: 0
玻璃是一种透明的固体状材料,已广泛用于人们的日常生活中。玻璃的应用范围在不断扩大,特别是与其他材料结合使用时,可以在高科技领域得到更多的应用。玻璃由碳酸钠,石灰石和沙子等常见材料制成。这些材料在高温(约1500°C)下熔化,并且像液体一样,可以倒入,吹塑,压制和模制成各种形状。但是,在室温下,玻璃变成固体,并且由于机械性能的改变,在冷却后变得难以加工。玻璃具有其他材料没有的独特性能。它具有出色的光学性能,可以反射,弯曲,透射和吸收光,并且在整个可见光范围甚至更远范围内具有更高的透明度。就化学性质而言,玻璃是一种惰性的,耐腐蚀的材料,可用作许多化学品的容器。从热和电的角度来看,玻璃是极好的绝缘体。从物理性能的角度来看,玻璃表面坚硬,耐刮擦和耐磨。近年来,玻璃甚至通过各种方法具有弹性。但是,正是这些特性使玻璃加工面临更大的挑战。例如,一旦玻璃具有优异的拉伸强度,它就会变脆。因此,从长远来看,需要考虑处理玻璃的方法及其应用。玻璃制造的历史可以追溯到公元前3500年左右。人造玻璃可能最早出现在美索不达米亚和埃及。它最初用于制造珠宝,然后用于制造花盆。从那时起,从手工加工到当今的高科技工业过程,加工技术一直在不断提高,并且出现了许多玻璃种类和应用。尽管玻璃制造历史悠久,但近几十年来,由于玻璃的易碎特性,玻璃产品的加工已停止。通常,小裂缝会导致玻璃破裂。一旦在玻璃的某处形成了微裂纹,它就会扩散到玻璃的边缘并引起破裂。玻璃的这种易碎性质使其难以加工。另一方面,不断发展的技术使制造具有较小结构和不同形状的玻璃成为可能,从而可用于不同领域。传统方法(例如光刻和电子束光刻)用于处理玻璃,但是这些技术太昂贵且难以操作,特别是对于大面积使用。如今,激光技术提供了加工玻璃的最佳方法。最简单的方法是在波长范围内使用单光子吸收,并且玻璃在红外或紫外线下不是高度透明的。但是,直接吸收会引起一些问题,包括不利的热效应和热影响区的形成,这可能会导致微裂纹并严重危害玻璃的机械稳定性。另外,在玻璃表面以下进行加工以产生三维结构需要使用高度透明的波长。尽管可以使用纳秒脉冲激光在玻璃中制造亚表面结构(参见图1),但玻璃的物理机制会限制微加工的精细度,并且可能会发生微裂纹。图1:使用纳秒激光(左)和近红外(NIR)飞秒激光(右)对玻璃进行激光加工的示例。