532nm皮秒激光加工石英玻璃的研究.pdf

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1、第4O卷中国激光光学前沿光电技术2013年12月CHINESEJOURNALOFLASERS专刊532tim皮秒激光加工石英玻璃的研究胡炎季凌飞李健鲍勇闰胤洲蒋毅坚(北京工业大学激光工程研究院，北京100124)摘要采用皮秒激光对石英玻璃进行打孔实验，探究了石英玻璃在532nm皮秒激光作用下的损伤阈值，同时通过控制变量法研究了激光能量密度、脉冲持续时间和激光重复频率等参数对石英玻璃加工孔径与深度的影响，并对这种规律进行简要的分析。通过实验最终得出皮秒量级下石英玻璃的损伤阈值约为2．01J／cm，并发现所加工石英玻璃的孔径与深度在一定范围内与激光能量密度和加工时间成

2、正比，但增速最终趋于平缓；激光重复频率对小~LJU工质量亦有重要影响。最后，在得到的损伤阈值和加工规律基础上对加工参数进行了初步优化，获得了无裂纹、表面形貌规整的小孔加工效果。关键词激光技术；激光微加工；损伤阈值；532nm皮秒激光；石英玻璃中图分类号TN249文献标识码Adoi：10．3788／CJL201340．s103009InVestigati0non532nmPicosecondLaserProcessingofQuartzGlassHuYanJiLingfeiLiJianBaoYongYanYinzhouJiangYijian(InstituteofL

3、aserEngineering，BeijingUniversofTechnology，Beijing100124，China)AbstractInthispaper，picosecondlaserdrillingofquartzglassisstudied．The532nmpicosecondlaserinducedablationthresholdofquartzglassisexploredandthebasicparametersofthepicosecondlaserprocessingofglass，includingthelaserpower，repe

4、titionrateandprocessingtime，areinvestigated．Fromthestudy，theablationthresholdofquartzglassatpicosecondpulsewidthisconcludedtobearound2．01J／cm．Itisfoundthatthediameteranddepthoftheholesdrilledinquartzglassareproportionaltothelaserfluenceandprocessingtime，buttherateofincreaselevelsofffi

5、nally．Meanwhilethelaserrepetitionratealsohasanimportantinfluenceonthemachiningquality．Picosecondlasercrack—freeprocessingofquartzglassisachievedbyoptimizingthelaserparametersbasedontheablationthresholdandtheprocessingrulesobtainedinourresearch．Keywordslasertechnology；lasermicromachini

6、ng；ablationthreshold；532nmpicosecondlaser；quartzglassOCIScodesl4O．3390：140．7090；350．3390；160．27501引言加工，特别是石英玻璃的微孑L加工。激光加工作为一种新型的“非接触”加工方法，对于该类具有高硬石英玻璃具有硬度高、热膨胀系数低、抗损伤能脆性的难加工材料，可以避免加工中机械应力的负力强、耐热、耐腐蚀及透光性好、化学性质稳定等优面效应，且光束尺寸能聚焦到几十微米的量级，为高良性能，因此在国防、化工、医疗、半导体和光电子等精度工件加工提供了基本条件口]。目前，用于玻行业中都

7、具有广泛的应用1]]。然而，由于石英玻璃璃加工的激光加工方法主要有激光熔融法和控制裂的硬脆性，在加工过程中很容易在应力的作用下破纹法。]。由于熔融加工法需要对玻璃整体进行长裂，使用传统的机械加工方式很难高效地对其进行收稿日期：2013-0701；收到修改稿日期：2013—0930基金项目：国家自然科学基金(51275011)、新世纪优秀人才支持计划(NCET10—0007)、北京市自然科学基金重点项目(3111002)、北京市教育委员会科技计划重点项目和北京市人才强教拔尖创新项目(05313999200601)作者简介：胡炎(199O一)，男，硕士研究生，主要从事

8、非金属材料