高質量加工玻璃和藍寶石

對光學透明或半透明的脆性材料進行激光加工在各種製造領域有著廣泛的應用。例如，在智能手機、電子書(shu) 、平板電腦等消費類電子設備中，需要將保護玻璃精確地切割成各種形狀。     

與(yu) 使用長脈衝(chong) 激光器相比，使用超快激光器加工透明脆性材料具有不少優(you) 勢。當超快激光器聚焦於(yu) 玻璃內(nei) 部，隻有聚焦體(ti) 積鄰近的局部區域會(hui) 通過非線性光來吸收激光能量。因此，加工範圍受到極大的約束，目標的其它部分不會(hui) 受到影響。雖然燒蝕飛秒加工可以滿足工業(ye) 用戶的質量要求，但其加工速度需要進行改進來實現廣泛而又經濟劃算的工業(ye) 應用。在本文中，我們(men) 介紹了新近開發的非燒灼飛秒加工工藝“清晰造型”（ClearShape），這種工藝使用的是Spirit工業(ye) 飛秒激光器。ClearShape工藝可以高質高速地在化學強化玻璃、非強化玻璃和藍寶石等透明脆性材料中加工曲線和內(nei) 部封閉形狀。

高速切割的同時呈現前所未有的高品質

脈衝(chong) 持續時間在飛秒範圍內(nei) 的超快激光器已顯示了其在很多材料加工應用中的潛能。超快激光器的獨特優(you) 勢包括燒蝕效率高，在金屬和電介質加工材料上燒蝕結構的精度高，這些都已經在多項研究中得到證明。

盡管現有的加工質量已經滿足工業(ye) 需求，但要滿足經濟劃算的工業(ye) 需求，其加工速度仍需要進一步提升。例如，研究表明通過使用商用工業(ye) 飛秒激光係統燒蝕切割0.5mm厚的化學強化玻璃，速度最高為(wei) 0.2mm/s，這在工業(ye) 加工中並不可行。

近來，Spectra-Physics研發了一種稱作“ClearShape”的非燒蝕飛秒激光加工工藝，用以加工透明脆性材料，其切割速度大於(yu) 1m/s，切割質量上乘，這種工藝尚在申請專(zhuan) 利之中。

飛秒激光器已經有數十年的曆史。但他們(men) 一直是複雜昂貴的機器，需要經常依據生產(chan) 車間的要求進行調整校準。

直到最近，Spirit工業(ye) 飛秒激光器被證實是一種值得信賴的耐用激光器，可以用於(yu) 微加工和醫學應用（圖1）。

圖1：Spirit 1040-IMC 激光器（a）具備高重複率的工業(ye) 飛秒激光器，平均功率高達16瓦，是進行 ClearShape加工（b）的理想之選。

這種激光器被廣泛應用於(yu) 要求嚴(yan) 格的醫療和製造領域。為(wei) 了展示ClearShape飛秒激光器的加工能力，Spirit激光器應用於(yu) 製造化學強化大猩猩玻璃（康寧）。測試所使用的玻璃厚度為(wei) 0.55mm、壓縮層深度為(wei) 20μm。使用該激光器進行ClearShape加工的切割速度最高達4m/s。豁口小於(yu) 1μm，平均割邊粗度小於(yu) 1μm（圖2）。

圖2：使用Spirit 1040-IMC激光器，運用ClearShape工藝對康寧化學強化大猩猩玻璃（厚度為(wei) 0.55mm、壓縮層深度為(wei) 20μm）進行直線切割後，未進行任何後期處理結果示例。切割速度最高達4m/s。割邊俯視圖展示了極佳的切割質量，在表麵未形成任何豁口（圖a），而割邊側(ce) 視圖展示了清晰光滑的表麵，粗度小於(yu) 0.1μm。