超快激光在玻璃加工上的應用

寂靜天花板

玻璃是一種透明的類固體材料,，在人們日常生活中應用廣泛,。玻璃的應用范圍在不斷擴大,，尤其是和其他材料相結合能更多地應用于高科技領域,。玻璃由碳酸鈉,、石灰石和沙子等常見的材料制成。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,，冷卻后由于機械性能的改變會變得難以加工處理。
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( z8 k8 \) M' {! |4 i$ c) `玻璃具有其他材料所不具備的獨特性能,。它擁有極好的光學性能,，能反射,、彎曲,、透射和吸收光線，在整個可視范圍內甚至更遠,，都具有較高的透明度,。從化學性能來說，玻璃是一種抗腐蝕的惰性材料,，可以作為很多化學品的容器,。從熱力和電力方面來看，玻璃是一種絕佳的絕緣體,。從物理性能來看,，玻璃表面堅硬，防刮耐磨,，近年來通過各種方法,，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度，就變得易碎,。
　　
因此,，處理玻璃的方法和其應用都需要從長計議。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)在美索不達米亞和埃及,，首先被用來制作珠寶，隨后被用來制作壺,。之后,，加工工藝不斷改進，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用,。盡管玻璃制造歷史悠久,，但近幾十年來由于玻璃的易碎性能，對于玻璃成品進行加工的工藝止步不前,。
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通常一個小裂紋就會造成玻璃破碎,。一旦微裂紋在玻璃的某個部位形成，它就會蔓延至玻璃邊緣,，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)展的技術使其可制成結構更小,，且形狀各異的玻璃來應用于不同領域。傳統(tǒng)的精確方法,，如光刻和電子束光刻等來加工玻璃,，但這些技術過于昂貴，不易操作,，特別是大面積使用�,，F(xiàn)今，激光技術提供了加工玻璃的最精確方法,。最直截了當?shù)姆椒ň褪窃诓ㄩL范圍內利用單光子吸收,，玻璃在紅外線或紫外線下不會高度透明。
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但是,，直接吸收會產(chǎn)生一些問題,，包括不良熱影響以及形成熱影響區(qū)，這會產(chǎn)生微裂紋,，嚴重危害玻璃的機械穩(wěn)定性,。此外，在玻璃表面下方進行加工,，制造三維結構,，需要使用高透明度波長。雖然納秒脈沖激光器可以用于在玻璃中制造次表層結構,，玻璃的物理機制會對微處理的精細程度造成限制,，也會產(chǎn)生微裂紋。
& E9 n8 }" I" ]近年來,，一種激動人心的替代性工藝已投入工業(yè)應用,，即使用超快激光器在近紅外波長范圍內產(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數(shù)太瓦，引發(fā)復雜多樣的工藝,，如同時多光子吸收,、雪崩和碰撞電離,，造成對玻璃基質高度局域化的破壞，同時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,，對該部位（甚至是聚焦體積）造成的熱影響可以忽略不計。這一方法通常被稱為“冷消融”,，可以用來制造極為精確的3D結構,。和其他微制造技術相比，飛秒激光微制造透明材料具有獨特優(yōu)勢,。
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桃源居士A