【應(yīng)用】皮秒激光器對(duì)薄玻璃和藍(lán)寶石進(jìn)行高質(zhì)量切割

玻璃和其他透明脆性材料的加工是激光器的重要應(yīng)用領(lǐng)域。玻璃的激光切割用于顯示器和移動(dòng)設(shè)備制造,電子產(chǎn)品包裝, 汽車玻璃和太陽(yáng)能制造等領(lǐng)域。在這些行業(yè)中,需要處理各種厚度的玻璃。同時(shí)移動(dòng)設(shè)備中的玻璃向更薄的趨勢(shì)發(fā)展，這是因?yàn)槿藗円笤O(shè)備更輕, 柔韌并且可彎曲。

基于我們利用貝塞爾光束進(jìn)行玻璃加工的豐富經(jīng)驗(yàn)(應(yīng)用說(shuō)明 #46;SPI 技術(shù)文獻(xiàn)),通過(guò)專門(mén)選擇的貝塞爾光束光學(xué)元件， Spectra-Physics IceFyre® 1064-50 工業(yè)皮秒激光器輸出產(chǎn)生較短貝塞爾區(qū)域 (圖 1),來(lái)加工薄玻璃和藍(lán)寶石。為完成這些測(cè)試而選擇的材料包括: ~300 µm Cornin Eagle X (堿性硼鋁硅酸鹽) 玻璃, ~100µm 厚 Corning Willow (無(wú)堿硼硅酸鹽) 玻璃以及~300 µm 厚藍(lán)寶石。由于通過(guò)高斯光束剖面 產(chǎn)生的貝塞爾光束在 z 軸上的強(qiáng)度可變(圖 2),zui 好 使貝塞爾區(qū)域比材料厚度更長(zhǎng),以便在該厚度上實(shí)現(xiàn)更均勻的強(qiáng)度。

由圖 1 中的原理圖描述的光學(xué)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的貝塞爾區(qū)域在空氣中的長(zhǎng)度約為 440 µm, 半徑為 1.1 µm。在應(yīng)用材料中, 貝塞爾區(qū)域和半徑都更大, 這由材料的折射率決定。對(duì)于我們所用的兩種玻璃, 產(chǎn)生長(zhǎng)度為 ~680 µm 和半徑為 ~1.7 µm 的貝塞爾區(qū)域。藍(lán)寶石較高的折射率導(dǎo)致長(zhǎng)度增加了 ~780 µm 以及 ~2 µm 半徑。

圖 1 中的光學(xué)系統(tǒng)類似于先前的貝塞爾切割工作中使用的光學(xué)系統(tǒng), 但已通過(guò)減少入射光束直徑對(duì)較薄的材料進(jìn)行了調(diào)整。這樣產(chǎn)生更小的貝塞爾區(qū)域, 同時(shí)保持先前的測(cè)試中證明相同 you 效 直徑。與先前的結(jié)果同樣類似的是, 使用了 2–4 個(gè)脈沖的TimeShift™ ps 脈沖串來(lái)實(shí)現(xiàn) zui 佳 結(jié)果。

Corning Eagle XG 和 Corning Willow 玻璃都以 100 mm/s 的平移速度和 100 kHz 脈沖重復(fù)頻率 (PRF) 進(jìn)行加工, 在材料上產(chǎn)生極低間距的加工及上下表面形成連續(xù)均勻的修 改線。

在手動(dòng)裂開(kāi)之后, 目視檢查發(fā)現(xiàn)完整均勻的邊緣表面修改(圖4)。表面紋理顯得輕微顆粒化, 300 µm Eagle XG 玻 璃和100 µm Willow 玻璃通過(guò)光學(xué)輪廓儀表征的表面粗糙度分別約為 0.2 µm 和 0.1 µm。

除了玻璃,貝塞爾工藝還可 you 效 地切割薄藍(lán)寶石,該材料用于 LED, 可穿戴設(shè)備和移動(dòng)設(shè)備。與經(jīng)測(cè)試的玻璃不同,zui 佳 藍(lán)寶石切割結(jié)果是采用更高 PRF, 更高速度的工藝。

在 1000 mm/s 和 400 kHz PRF 時(shí), 間距 (材料上入射的激光脈沖之間的距離)大于用于玻璃的間距; 然而切割線和邊緣表面, 如圖 5 中所示, 仍然連續(xù)且均勻, 與玻璃的結(jié)果非常相似。

我們用目視(圖 6)和光學(xué)輪廓儀對(duì)裂開(kāi)的邊緣進(jìn)行了檢查。目視檢查發(fā)現(xiàn)顆粒度類似于玻璃, 但可以感覺(jué)到更粗糙。這種額外的粗糙度體現(xiàn)在 Ra 中, 測(cè)得為 ~0.3 µm,略高于玻璃的值, 這可能是因?yàn)樵摴に囁璧母蟮呢惾麪柊霃胶透蟮拈g距。

由于貝塞爾區(qū)域的狹窄, 材料加工所需的脈沖能量遠(yuǎn)低于 zhi 定 重復(fù)頻率時(shí)可用的 zui 大 能量。根據(jù)下表 1, 這樣可以使用分束通過(guò)并行加工擴(kuò)大產(chǎn)量。通過(guò)適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)元件和工藝參數(shù), 使用 IceFyre 1064-50 激光器的貝塞爾光束 切割能夠以 ji 高 的質(zhì)量快速加工各種薄透明材料。

產(chǎn)品

IceFyre® 工業(yè)皮秒激光器

IceFyre 355-50 是市面上功能優(yōu)異的紫外皮秒激光器,在 1.25 MHz (>40 μJ) 時(shí)提供 >50 W 的紫外輸出功率,脈沖串模式下的脈沖能量為 100 μJ, 脈沖寬度為 10 ps。IceFyre 355-50 設(shè)定了從單次激發(fā)到 10 MHz 的功率和重復(fù)率的新標(biāo)準(zhǔn)。IceFyre 355-30 提供 >30 W 的典型紫外輸出功率 ,脈沖能量 >60 μJ (脈沖串模式下脈沖能量更大), 并提供從單次激發(fā)到 3 MHz 的優(yōu)異性能。IceFyre 1064-50 在 400 kHz 單脈沖時(shí)提供 >50 W 的紅外輸出功率, 并提供從單脈沖到 10 MHz 的優(yōu)異性能。IceFyre 激光器 du 特 的 TimeShift™ 設(shè)計(jì)利用光纖激光器的靈活性和 Spectra-Physics  du 有 的功率放大器能力, 實(shí)現(xiàn)TimeShift™ ps 可編程脈沖串模式技術(shù), 實(shí)現(xiàn)業(yè)內(nèi)實(shí)現(xiàn)業(yè)內(nèi)優(yōu)異的 duo 功能 性和廣泛的應(yīng)用范圍。每臺(tái)激光器均配備一組標(biāo)準(zhǔn)波形;可選的TimeShift ps GUI  可用于創(chuàng)建自定義波形。該激光器的設(shè)計(jì)可為高掃描速度的 you 質(zhì) 加工 (例如使用多面掃描鏡) 實(shí)現(xiàn)同類激光器中時(shí)間抖動(dòng)極其低的按需脈沖 (POD) 和位置同步輸出 (PSO) 觸發(fā)功能。

專業(yè)的光電子產(chǎn)品供應(yīng)商！

森泉為您的科研事業(yè)添磚加瓦：

1）激光控制：激光電流源、激光器溫控器、激光器控制、伺服設(shè)備與系統(tǒng)等等

2）探測(cè)器：光電探測(cè)器、單光子計(jì)數(shù)器、單光子探測(cè)器、CCD、光譜分析系統(tǒng)等等

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