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用于科学研究和工业现代化。
玻璃是一种透明的类固体材料,在人们日常生活中应用广泛。玻璃的应用范围在不断扩大,尤其是和其他材料相结合能更多地应用于高科技领域。玻璃由碳酸钠、石灰石和沙子等常见的材料制成。玻璃具有其他材料所不具备的独特性能。它拥有极好的光学性能,能反射、弯曲、透射和吸收光线,在整个可视范围内甚至更远,都具有较高的透明度。从物理性能来看,玻璃表面坚硬,防刮耐磨,近年来通过各种方法,玻璃甚至具备了弹性。但是,也正是这些性能使得玻璃加工面临着更大挑战,例如一旦玻璃具备极好的抗拉强度,就变得易碎。
通常一个小裂纹就会造成玻璃破碎。一旦微裂纹在玻璃的某个部位形成,它就会蔓延至玻璃边缘,造成破裂。玻璃的这种易碎属性使其难以加工。
不断发展的技术使其可制成结构更小,且形状各异的玻璃来应用于不同领域。传统的精确方法,如光刻和电子束光刻等来加工玻璃,但这些技术过于昂贵,不易操作,特别是大面积使用。
激光技术提供了加工玻璃的最精确方法。最直截了当的方法就是在波长范围内利用单光子吸收,如在紫外和红外光波段。但是,直接吸收会产生一些问题,包括不良热影响以及形成热影响区,这会产生微裂纹,严重危害玻璃的机械稳定性。虽然纳秒脉冲激光器可以用于在玻璃中制造次表层结构,玻璃的物理机制会对微处理的精细程度造成限制,也会产生微裂纹。
本方案使用飞秒激光对玻璃进行加工,通过使用飞秒脉冲紧密聚焦于玻璃的表面,每平方厘米的功率密度超过数太瓦,引发复杂多样的工艺,如同时多光子吸收、雪崩和碰撞电离,造成对玻璃基质高度局域化的破坏,同时几乎不存在能量沉积。由于飞秒激光脉冲极短,造成的热影响可以忽略不计,因此,该过程可以称为“冷加工”。不会造成裂痕避免玻璃破碎。
图1.用飞秒激光在玻璃中加工的周期为1微米的平行线和网格结构
同时,使用由高数值孔径透镜聚焦的飞秒激光可以得到高分辨率的结构。如图1所示,在图中可以看到 间距为1微米 的结构,加工后的平行线可以被清晰地分辨出来。在这个过程中,飞秒激光导致了玻璃的永久性形态变化,而不是折射率变化。这正是我们所期望的,以便在以后的阶段在玻璃上形成组件。
与其他微制造技术相比,飞秒激光微制造透明材料具有独特优势。由于非线性吸收机制,激光感应变型被局限于聚焦体积。可以实现几何上难度较大的结构。此外,飞秒激光材料加工具有高准确性,因为造成吸收效应的种子电子是通过非线性电离化产生,并不需要缺陷电子。由于非线性激发的重复性和限制,飞秒激光微加工可以用于实际用途。
INNOFOCUS
它可广泛用于玻璃表面结构雕刻、玻璃表面光栅制作、玻璃相板制作、玻璃全息光学元件制作和玻璃表面改性。