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玻璃材料经过一千多年的发展,已经越来越广泛地应用在航空、国防、科研等领域中。玻璃是典型的硬脆性材料,正因为这一特性,玻璃的加工方法,特别是精细加工方法一直是学术界研究的重点和难点,例如玻璃的切割、玻璃表面微结构制备等。本文针对玻璃加工,提出了一种激光直写玻璃表面制各光学微结构的技术和一种基于微裂纹控制法的玻璃切割技术。 在玻璃表面制各光学微结构时,由于光学玻璃对激光的低吸收率以及其硬脆特性,日前主要采用的制备手段有掩模光刻法、干湿法刻蚀和紫外波段准分子激光器直接烧蚀加工。但掩模光刻法和干湿法刻蚀工艺复杂,过程中通常会使用到有毒化学成分,干湿法刻蚀中难以克服微裂纹的出现。而准分子激光刻蚀效率受到加工系统及激光参数的很大制约。为了提高加工效率,简化工艺流程,克服微裂纹问题,本文提出了一种激光直写玻璃表面制备光学微结构的技术,利用成本低廉,维护简单的长脉宽532nm激光实现玻璃表面光学微结构的直写制各。通过光学显微镜、三维形貌仪、SEM等设备,对样品表面形貌进行观察、测量和分析,探讨了各种工艺参数对实验结果的影响。利用有限元分析软件对激光直写制各微结构的过程进行了仿真,重点分析了温度场、应力场分布,解释了激光直写机理以及无微裂纹出现的原因。 在玻璃切割方而,光学玻璃对可见及近红外光具有极高的透过率,因而目前在玻璃切割领域主要使用的是波长为l0.6μm的CO2激光器或者高能量的1064nm YAG激光配合裂纹控制法实现玻璃的切割。该方法受到切割形状的限制,同时切割需要的能量较高,通常在80W以上。此外新型的皮秒、飞秒激光器也被应用到了玻璃切割领域,但是超短脉宽激光器成本高、难以维护等缺点阻碍了它在工程领域的发展。为了降低玻璃切割成本、实现切割方法的多功能化,本文中搭建了玻璃切割系统,利用532nm半导体泵浦长脉宽激光配合微裂纹控制法对玻璃进行切割。不同于其他研究报道,本文中激光器脉宽为55μs,重频仅为1.81kHz,平均功率最大为780mW。切割过程中切面由无数微小的裂纹组成。切割模式包括直线切割、异形切割、斜面切割以及双光束激光选区去除切割等。为了快速建立切割模型,本文中利用Visual Lisp语言在Autocad中编写了程序模块,实现二维曲线向三维切割模型的高速转换。 本文中搭建的实验设备可以实现激光直写玻璃表面制备光学微结构和基于微裂纹控制法的玻璃切割两大功能,大大提高了设备的利用率,降低了加工成本,简化了加工流程,改善了加工质量。本文中关于机理的分析以及对工艺的探究也为更多相关工作奠定了基础。