【應(yīng)用】皮秒激光器對薄玻璃和藍寶石進行高質(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設(shè)備制造,電子產(chǎn)品包裝, 汽車玻璃和太陽能制造等領(lǐng)域。在這些行業(yè)中,需要處理各種厚度的玻璃。同時移動設(shè)備中的玻璃向更薄的趨勢發(fā)展，這是因為人們要求設(shè)備更輕, 柔韌并且可彎曲。

基于我們利用貝塞爾光束進行玻璃加工的豐富經(jīng)驗(應(yīng)用說明 #46;SPI 技術(shù)文獻),通過專門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),來加工薄玻璃和藍寶石。為完成這些測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 (無堿硼硅酸鹽) 玻璃以及~300 µm 厚藍寶石。由于通過高斯光束剖面 產(chǎn)生的貝塞爾光束在 z 軸上的強度可變(圖 2),zui 好 使貝塞爾區(qū)域比材料厚度更長,以便在該厚度上實現(xiàn)更均勻的強度。

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。對于我們所用的兩種玻璃, 產(chǎn)生長度為 ~680 µm 和半徑為 ~1.7 µm 的貝塞爾區(qū)域。藍寶石較高的折射率導(dǎo)致長度增加了 ~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), 但已通過減少入射光束直徑對較薄的材料進行了調(diào)整。這樣產(chǎn)生更小的貝塞爾區(qū)域, 同時保持先前的測試中證明相同 you 效 直徑。與先前的結(jié)果同樣類似的是, 使用了 2–4 個脈沖的TimeShift™ ps 脈沖串來實現(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。

在手動裂開之后, 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 地切割薄藍寶石,該材料用于 LED, 可穿戴設(shè)備和移動設(shè)備。與經(jīng)測試的玻璃不同,zui 佳 藍寶石切割結(jié)果是采用更高 PRF, 更高速度的工藝。

在 1000 mm/s 和 400 kHz PRF 時, 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)輪廓儀對裂開的邊緣進行了檢查。目視檢查發(fā)現(xiàn)顆粒度類似于玻璃, 但可以感覺到更粗糙。這種額外的粗糙度體現(xiàn)在 Ra 中, 測得為 ~0.3 µm,略高于玻璃的值, 這可能是因為該工藝所需的更大的貝塞爾半徑和更大的間距。

由于貝塞爾區(qū)域的狹窄, 材料加工所需的脈沖能量遠低于 zhi 定 重復(fù)頻率時可用的 zui 大 能量。根據(jù)下表 1, 這樣可以使用分束通過并行加工擴大產(chǎn)量。通過適當(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, 實現(xiàn)TimeShift™ ps 可編程脈沖串模式技術(shù), 實現(xiàn)業(yè)內(nèi)實現(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)計可為高掃描速度的 you 質(zhì) 加工 (例如使用多面掃描鏡) 實現(xiàn)同類激光器中時間抖動極其低的按需脈沖 (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）探測器：光電探測器、單光子計數(shù)器、單光子探測器、CCD、光譜分析系統(tǒng)等等

3）定位與加工：納米定位系統(tǒng)、微納運動系統(tǒng)、多維位移臺、旋轉(zhuǎn)臺、微型操作器等等

4）光源：半導(dǎo)體激光器、固體激光器、單頻激光器、單縱模激光器、窄線寬激光器、光通訊波段激光器、CO2激光器、中紅外激光器、染料激光器、飛秒超快激光器等等

5）光機械件：用于光路系統(tǒng)搭建的高品質(zhì)無應(yīng)力光機械件，如光學(xué)調(diào)整架、鏡架、支撐桿、固定底座等等

6）光學(xué)平臺：主動隔振平臺、氣浮隔振臺、實驗桌、剛性工作臺、面包板、隔振、隔磁、隔聲綜合解決方案等等

7）光學(xué)元件：各類晶體、光纖、偏轉(zhuǎn)鏡、反射鏡、透射鏡、半透半反鏡、濾光片、衰減片、玻片等等

8）染料：激光染料、熒光染料、光致變色染料、光致發(fā)光染料、吸收染料等等