1960年5月16日，美國年輕的物理學家梅曼成功研製出人類曆史上的第一台激光器—紅寶石激光器，它能產(chan) 生頻率單一、方向高度集中的光—激光。激光是20世紀以來，繼原子能、計算機、半導體(ti) 之後，人類的又一重大發明，被稱為(wei) “最快的刀”、“最準的尺”、“最亮的光”和“奇異的激光”。自此，激光作為(wei) 一種先進的加工技術迅速發展起來，並在各個(ge) 領域中得到廣泛應用。

圖1-機械切割（金橙子科技公眾(zhong) 號）

圖2-玻璃激光切割（建築玻璃與(yu) 工業(ye) 玻璃公眾(zhong) 號）

尤其在玻璃切割行業(ye) 中，傳(chuan) 統的玻璃機械切割技術已逐漸不能滿足生產(chan) 所需的對高效率、高質量和異形加工的要求，而具有高亮度、高方向性、高單色性和高相幹性的激光開始受到越來越多廠家的青睞。

接下來，文章將從(cong) 玻璃材料的特性、激光基本參數、激光光源的種類以及玻璃激光切割的原理等內(nei) 容進行具體(ti) 展開，歡迎閱讀。

玻璃材料的特性

物理特性：玻璃的物理特性非常特別，是其能夠區別於(yu) 其他材料的重要特點。首先，玻璃是一種非晶態固體(ti) ，這意味著它的原子結構並不規則，不具備傳(chuan) 統晶體(ti) 材料所具有的長程有序結構。其次，由於(yu) 沒有晶體(ti) 結構的限製，玻璃具備非常高的抗拉強度和抗壓強度，也具有高度的抗腐蝕性能和耐高溫性能。但由於(yu) 玻璃結構是一種非晶態固體(ti) ，導致玻璃並非是一個(ge) 理想的能量狀態，它易於(yu) 發生變形、斷裂。 

圖3-晶態和非晶態固態結構（百度） 

圖4-玻璃作為(wei) AR光波導襯底應用

光學特性：玻璃材料的光學特性主要表現在具有高透過率、低反射率、低吸收率、低色散度及非常高的光學折射率及均勻性，這些優(you) 良特性對於(yu) 製造精密光學器件非常重要，是玻璃成為(wei) 優(you) 良的半導體(ti) 材料的主要原因，例如在AR行業(ye) 可作為(wei) 光波導的基底材料。

激光的基本參數

這裏為(wei) 大家，簡單介紹下激光的一些光學和性能的評價(jia) 參數。

激光光源（激光器）的種類

激光器作為(wei) 激光設備的核心部件，是加工光束產(chan) 生的源頭，主要由工作物質、激勵能源和光學諧振腔三個(ge) 部分組成。

其中工作物質是激光器的核心，隻有能實現能級躍遷的物質才能作為(wei) 激光器的工作物質。工作物質決(jue) 定了激光器能夠輻射的激光波長，它需要具備實現粒子數反轉的能力，才能讓受激輻射得以發生。

激勵能源也稱為(wei) 泵浦源，其作用是給工作物質以能量，即將原子從(cong) 低能級激發到高能級的外界能量。能源類型有光能源、熱能源、電能源、化學能源等。

圖5-光學諧振腔作用原理（百度百科）

光學諧振腔通常由兩(liang) 個(ge) 相互平行的反射鏡組成，其中一個(ge) 反射率接近100%，另一個(ge) 則為(wei) 部分反射，使得光子在腔內(nei) 往複振蕩，不斷引起受激輻射，最終形成激光輸出。主要有三個(ge) 作用，使工作物質的受激輻射連續進行；不斷給光子加速；限製激光輸出的方向。

根據工作物質的物態，激光器的種類大體(ti) 可分為(wei) ： 

就作業(ye) 效果而言，使用相同波長相同功率的激光器，其脈寬越窄，峰值功率越高，加工效果就會(hui) 越精細。激光器的能量換算遵循以下公式：

公式：峰值功率(MW)= 脈衝(chong) 能量(E)÷脈衝(chong) 寬度(s) 

例如，使用相同功率的355nm波長激光器對0.1mm厚度的不鏽鋼薄片進行鑽孔。左圖是使用脈寬為(wei) 3.3ns的激光器作業(ye) 效果，右圖是使用200fs的激光器作業(ye) 效果；對比可以看出，飛秒激光器的鑽孔作業(ye) 效果明顯要好於(yu) 納秒，使用飛秒激光器的孔邊界更清晰，熱影響更小，基本沒有熔渣。

圖6-納秒激光鑽孔&飛秒激光鑽孔（金屬加工微信公眾(zhong) 號）

玻璃激光切割技術的原理

大體(ti) 上可以分為(wei) 熔融切割法和裂紋控製法。

熔融切割法：利用玻璃的延展性和塑性，通過使用高能量的激光束照射到玻璃表麵（一般為(wei) CO2激光束），利用高溫使玻璃融斷，同時氣流吹走熔融的玻璃碎屑，產(chan) 生一道溝槽，並利用輔助的機械裝置沿著溝槽把玻璃掰斷，實現玻璃的切割分離。

圖7-熔融法切割原理（《The laser as a tool》）

裂紋控製法：在玻璃切割行業(ye) 更為(wei) 普遍，根據使用光束的不同，有不同的細分。比如，使用貝塞爾激光束切割+CO2裂片的工藝路線，其加工過程分兩(liang) 步：① 製造微裂紋產(chan) 生；② 引導微裂紋擴展。加工作業(ye) 時，先使用具有超高功率密度的貝塞爾激光束，應用材料高溫氣化原理，使玻璃內(nei) 部產(chan) 生縱向納米通孔，再結合玻璃自身的硬脆特性，相鄰通孔間會(hui) 自發延展出裂紋，形成表層橫向聯通裂紋；再使用非接觸式10.6um波長的CO2激光，應用玻璃對此波長光超高的表吸收特性，控製CO2激光束沿貝塞爾激光束產(chan) 生的通孔軌跡掃描，使玻璃表層溫度急速升高，產(chan) 生“熱漲”，以增加表層橫向聯通裂紋處的應力，從(cong) 而引導表層橫向聯通裂紋縱向延展，直至玻璃斷裂分離。

圖8-表層橫向聯通裂紋圖

圖9-CO₂玻璃裂片原理圖

通過熔融切割法和裂紋控製法切割出來的玻璃產(chan) 品的主要區別之一在於(yu) 截麵粗糙度。熔融切割出來的玻璃產(chan) 品，截麵呈琉璃狀，整體(ti) 表現為(wei) 亮麵，粗糙度值＜100nm；反觀，通過裂紋控製，使用貝塞爾激光束切割出的玻璃產(chan) 品，因為(wei) 截麵改性更徹底，粗糙度值＞200nm，整體(ti) 表現為(wei) 磨砂麵。

圖10-熔融法切割玻璃截麵（羅悉激光公眾(zhong) 號）

圖11-裂紋控製法切割玻璃截麵（貝塞爾）

玻璃激光切割技術的優(you) 勢

相較於(yu) 傳(chuan) 統的金剛石刀輪、砂輪，玻璃激光切割技術的優(you) 勢總結如下：

技術展望

隨著消費者市場對高精密玻璃產(chan) 品需求的日益增長，尤其是在AR智能眼鏡等新興(xing) 消費電子領域，激光切割技術憑借其無與(yu) 倫(lun) 比的精度和再現性，成為(wei) 了滿足這些需求的理想解決(jue) 方案。

另一方麵，隨著AR、VR智能設備等的不斷發展與(yu) 市場落地，廠家對所用光學玻璃的成型切割與(yu) 一致性方麵的要求越來越高，不僅(jin) 要求切割邊緣光滑，切割品質均衡，良品率高，還要求不能破壞光學玻璃表麵的鍍膜。

在未來，相信激光切割技術會(hui) 越來越成熟，讓更多的企業(ye) 和消費者受益於(yu) 激光切割技術的快速發展。