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高重频高稳定,纳飞光电工业级皮秒激光器在切割石英玻璃的应用

2023-02-01 15:40 作者:纳飞晓峰  | 我要投稿

石英玻璃是一种以SiO2为单组分的玻璃,具有超强的机械力学性能、热性能、光学性能、电学性能和耐腐蚀性能,在半导体、光学器件、光通讯、太阳能等行业中,发挥着不可替代的作用,被誉为玻璃材料中的皇冠。

石英玻璃属于高硬度、高熔点的脆性透明材料,一般加工方法很难满足精细加工要求,机械研磨、超声落料、化学腐蚀等加工方法均存在各种缺陷,比如切面比较粗糙、存在细微裂痕等,尤其是石英玻璃材料较薄时,容易造成碎裂。

在实际生产中,改进现有石英玻璃加工技术十分重要。将激光精密切割技术应用于石英玻璃加工中,可以大大改善石英玻璃加工的表面质量并提高加工生产效率。

目前常采用激光划线的方式对石英玻璃材料进行切割。激光划线是采用脉冲激光在石英玻璃上沿指定线路打一系列相互衔接的盲孔或通孔,由于应力集中,经施加外力时使石英材料沿着此线折断。与穿透切割相比,划线切割具有线宽小,热影响区小,挂渣少,所需功率低等特点,目前得到广泛的应用。

不过,所采用的激光颇为讲究。以往曾采用CO2激光切割、准分子激光切割等,但这些切割方式很难实现断面崩边小于20微米的精密切割。若使用飞秒激光切割,虽然能得到5微米的断面崩边度,但飞秒激光器价格昂贵,性价比不高,较少应用于石英玻璃的切割。

随着纳飞光电生产的单脉冲能量高达300微焦的1064nm工业级皮秒激光器的出现,功率稳定性和脉冲稳定性pps均<1% RMS,如此高的稳定性和高能量为石英玻璃的高精细“冷加工”提供了硬件基础。

据资料显示,透明石英玻璃从紫外线到近红外光的整个光谱波段都有非常好的透光性能,根据透过率和吸收率的相互关系可得,在吸收率不高的情况下,需要较高的峰值功率和脉冲频率才能对石英玻璃实现切割。这款工业级皮秒激光器输出功率可达30W,重复频率高达2MHz,最大脉冲能量达到300微焦,是切割石英玻璃的不错选择;10ps超短脉宽,其脉冲持续的时间小于电子和晶格之间产生的热平衡时间,因此避免了热扩散对切割质量的影响,基本不会产生热影响。通过具体工艺参数的设定,结合burst mode的使用,获得设想中的正反面的崩边值以及侧面粗糙度,从而得到较高的切割质量。


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