玻璃加工

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。

行业挑战

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。

传统方法的不足之处

激光加工技术面临的挑战

解决方案概述

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。