纳飞光电超短脉冲皮秒激光器——玻璃切割的新利器

传统的玻璃切割技术需要多道工序，且在材料的去除过程中会产生碎屑、微裂痕、划痕，使切割边缘强度降低，从而需要在进行清理工序，效率低，同时也不符合各种个性化需求。而以皮秒激光为代表的超短脉冲激光器的出现改变了这一现状，让切割玻璃变得更加高效、精细，表现为切割面更加顺滑，可做到一次成型。由于激光在操作过程中并不直接与玻璃接触，所以能够避免对玻璃表面造成热损伤和应力影响等缺陷，同时也避免了其他可能导致玻璃损坏的因素。

皮秒激光器的切割原理是利用皮秒级脉冲激光的高能量密度，通过聚焦头部获得微米级光束，可瞬间将玻璃表面加热膨胀达到等离子状态从而实现材料去除。基于该原理，工程师们开发了多种激光切割玻璃工艺，例如在实际切割玻璃中，优化聚焦系统和焦距，实现稳定的材料去除，所以不会有碎屑和微裂纹出现，这样的切割方式让玻璃边缘的强度比传统划刻和分割方式更强。

为获得高质量的玻璃加工效果，对皮秒激光器有脉宽、稳定性和光束质量等主要性能因素的要求。

首先是要求足够窄的脉宽。这是由于皮秒激光与物质的相互作用是多光子吸收的非线性电离过程，即将激光脉冲能量转移到材料电子能量的转移过程，这个转移特征时间就是电子-声子弛豫时间，其典型值为1~10ps，只要激光器脉宽介于典型值之间，就可以有效避免了激光线性吸收、能量转移和扩散，获得冷加工效果。纳飞光电研发设计的皮秒激光器，其脉宽小于10ps，和电子-声子弛豫时间相当，短到足以对材料进行“冷”烧蚀，切割时可让玻璃表面材料快速达到等离子态蒸发，从而完成切割。

其次是要求足够高的稳定性。脉冲能量的不平均，就会在玻璃表面形成不均衡的点状脉冲，在反复的作用下，容易造成切割过程受力不均，具体表现为切割面的崩边值不可控。目前，纳飞光电皮秒激光器的功率稳定性和脉冲稳定性均小于1%RMS，如此高的稳定性，可以保证切割玻璃过程中切割点的脉冲覆盖稳定性，从而让切割口的品质一致性高。

最后是要求有更高的光束质量。激光器的光束质量越高，激光束越容易聚焦，且聚焦的光斑直径越小，更有利于整形，这样可以更加灵活配套高低价位的多种光学元件，同时还可以增大有效瑞利长度（给定光斑大小）可以提高纵向对准允差。纳飞光电皮秒激光器的光输质量高（M²＜1.3），可以经过聚焦获得微米量级的光斑直径，从而可以进行更微小尺寸的玻璃切割，灵活性高，降低成本的同时大幅提高了工件良率及加工效率。