超快激光在玻璃加工上的應(yīng)用

寂靜天花板

玻璃是一種透明的類固體材料,，在人們?nèi)粘Ｉ�活中�?yīng)用廣泛,。玻璃的應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大,，尤其是和其他材料相結(jié)合能更多地應(yīng)用于高科技領(lǐng)域,。玻璃由碳酸鈉,、石灰石和沙子等常見(jiàn)的材料制成,。這些材料在高溫條件下（約1500℃）溶化,，就像液體一樣,，可以被灌注、吹制,、壓制和模塑成各種形狀,。但在室溫下，玻璃就成為固體,，冷卻后由于機(jī)械性能的改變會(huì)變得難以加工處理,。
　　
玻璃具有其他材料所不具備的獨(dú)特性能,。它擁有極好的光學(xué)性能，能反射,、彎曲,、透射和吸收光線，在整個(gè)可視范圍內(nèi)甚至更遠(yuǎn),，都具有較高的透明度,。從化學(xué)性能來(lái)說(shuō)，玻璃是一種抗腐蝕的惰性材料,，可以作為很多化學(xué)品的容器,。從熱力和電力方面來(lái)看，玻璃是一種絕佳的絕緣體,。從物理性能來(lái)看,，玻璃表面堅(jiān)硬，防刮耐磨,，近年來(lái)通過(guò)各種方法,，玻璃甚至具備了彈性。但是,，也正是這些性能使得玻璃加工面臨著更大挑戰(zhàn),，例如一旦玻璃具備極好的抗拉強(qiáng)度，就變得易碎,。
　　
因此,，處理玻璃的方法和其應(yīng)用都需要從長(zhǎng)計(jì)議。玻璃制造可以追溯到公元前3500年左右,。人工制造玻璃大概首先出現(xiàn)在美索不達(dá)米亞和埃及,，首先被用來(lái)制作珠寶，隨后被用來(lái)制作壺,。之后,，加工工藝不斷改進(jìn)，從手工加工演變?yōu)楝F(xiàn)今的高科技工業(yè)工藝,，出現(xiàn)了眾多玻璃類別和應(yīng)用,。盡管玻璃制造歷史悠久，但近幾十年來(lái)由于玻璃的易碎性能,，對(duì)于玻璃成品進(jìn)行加工的工藝止步不前,。
　　
通常一個(gè)小裂紋就會(huì)造成玻璃破碎。一旦微裂紋在玻璃的某個(gè)部位形成,，它就會(huì)蔓延至玻璃邊緣，造成破裂,。玻璃的這種易碎屬性使其難以加工,。另外一方面,，不斷發(fā)展的技術(shù)使其可制成結(jié)構(gòu)更小，且形狀各異的玻璃來(lái)應(yīng)用于不同領(lǐng)域,。傳統(tǒng)的精確方法,，如光刻和電子束光刻等來(lái)加工玻璃，但這些技術(shù)過(guò)于昂貴,，不易操作,，特別是大面積使用。現(xiàn)今,，激光技術(shù)提供了加工玻璃的最精確方法,。最直截了當(dāng)?shù)姆椒ň褪窃诓ㄩL(zhǎng)范圍內(nèi)利用單光子吸收，玻璃在紅外線或紫外線下不會(huì)高度透明,。
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* Z$ n2 f1 U( g" h* ]  }2 k但是,，直接吸收會(huì)產(chǎn)生一些問(wèn)題，包括不良熱影響以及形成熱影響區(qū),，這會(huì)產(chǎn)生微裂紋,，嚴(yán)重危害玻璃的機(jī)械穩(wěn)定性。此外,，在玻璃表面下方進(jìn)行加工,，制造三維結(jié)構(gòu)，需要使用高透明度波長(zhǎng),。雖然納秒脈沖激光器可以用于在玻璃中制造次表層結(jié)構(gòu),，玻璃的物理機(jī)制會(huì)對(duì)微處理的精細(xì)程度造成限制，也會(huì)產(chǎn)生微裂紋,。
: N8 U: {* b/ J; r" `3 t. B近年來(lái),，一種激動(dòng)人心的替代性工藝已投入工業(yè)應(yīng)用，即使用超快激光器在近紅外波長(zhǎng)范圍內(nèi)產(chǎn)生次皮秒脈沖,。在這一方法中,，超短脈沖緊密聚焦于玻璃的大部分或表面，每平方厘米的功率密度超過(guò)數(shù)太瓦,，引發(fā)復(fù)雜多樣的工藝,，如同時(shí)多光子吸收、雪崩和碰撞電離,，造成對(duì)玻璃基質(zhì)高度局域化的破壞,，同時(shí)幾乎不存在能量沉積（只有幾微焦甚至更少）。由于每次脈沖所用能量極其適度,，對(duì)該部位（甚至是聚焦體積）造成的熱影響可以忽略不計(jì),。這一方法通常被稱為“冷消融”，可以用來(lái)制造極為精確的3D結(jié)構(gòu)。和其他微制造技術(shù)相比,，飛秒激光微制造透明材料具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì),。
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桃源居士A