【應用】皮秒激光器對薄玻璃和藍寶石進行高質量切割

玻璃和其他透明脆性材料的加工是激光器的重要應用領域。玻璃的激光切割用于顯示器和移動設備制造,電子產品包裝, 汽車玻璃和太陽能制造等領域。在這些行業中,需要處理各種厚度的玻璃。同時移動設備中的玻璃向更薄的趨勢發展，這是因為人們要求設備更輕, 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驗(應用說明 #46;SPI 技術文獻),通過專門選擇的貝塞爾光束光學元件， Spectra-Physics IceFyre® 1064-50 工業皮秒激光器輸出產生較短貝塞爾區域 (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 使貝塞爾區域比材料厚度更長,以便在該厚度上實現更均勻的強度。

由圖 1 中的原理圖描述的光學結構產生的貝塞爾區域在空氣中的長度約為 440 µm, 半徑為 1.1 µm。在應用材料中, 貝塞爾區域和半徑都更大, 這由材料的折射率決定。對于我們所用的兩種玻璃, 產生長度為 ~680 µm 和半徑為 ~1.7 µm 的貝塞爾區域。藍寶石較高的折射率導致長度增加了 ~780 µm 以及 ~2 µm 半徑。

圖 1 中的光學系統類似于先前的貝塞爾切割工作中使用的光學系統, 但已通過減少入射光束直徑對較薄的材料進行了調整。這樣產生更小的貝塞爾區域, 同時保持先前的測試中證明相同 you 效 直徑。與先前的結果同樣類似的是, 使用了 2–4 個脈沖的TimeShift™ ps 脈沖串來實現 zui 佳 結果。

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

在手動裂開之后, 目視檢查發現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, 可穿戴設備和移動設備。與經測試的玻璃不同,zui 佳 藍寶石切割結果是采用更高 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, 仍然連續且均勻, 與玻璃的結果非常相似。

我們用目視(圖 6)和光學輪廓儀對裂開的邊緣進行了檢查。目視檢查發現顆粒度類似于玻璃, 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。

由于貝塞爾區域的狹窄, 材料加工所需的脈沖能量遠低于 zhi 定 重復頻率時可用的 zui 大 能量。根據下表 1, 這樣可以使用分束通過并行加工擴大產量。通過適當的光學元件和工藝參數, 使用 IceFyre 1064-50 激光器的貝塞爾光束 切割能夠以 ji 高 的質量快速加工各種薄透明材料。

產品

IceFyre® 工業皮秒激光器

IceFyre 355-50 是市面上功能優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 設定了從單次激發到 10 MHz 的功率和重復率的新標準。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), 并提供從單次激發到 3 MHz 的優異性能。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 的優異性能。IceFyre 激光器 du 特 的 TimeShift™ 設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TimeShift™ ps 可編程脈沖串模式技術, 實現業內實現業內優異的 duo 功能 性和廣泛的應用范圍。每臺激光器均配備一組標準波形;可選的TimeShift ps GUI  可用于創建自定義波形。該激光器的設計可為高掃描速度的 you 質 加工 (例如使用多面掃描鏡) 實現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) 觸發功能。

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