[发明专利]一种利用红光纳秒激光对玻璃表面微细加工的方法

说明书

本发明公开了一种利用红光纳秒激光对玻璃表面微细加工的方法，包括以下步骤：将玻璃材料表面均匀涂敷一层辅料；将玻璃片放置在室温下水平静置；对玻璃片进行微细加工。本发明利用辅料吸光率较高的特性，实现激光在涂敷层内部的聚焦，有效的克服了目前的红光纳秒激光加工中，由于玻璃本身的透光性过高而无法使激光聚焦于表面的缺点。本发明使激光聚焦在涂敷层内部，在激光焦点处产生符合高斯能量分布的烧蚀微孔，由于激光脉冲能量的主要部分都消耗在对辅料的烧蚀过程中，有效的降低纳秒激光的脉冲能量，克服了现有纳秒激光加工技术中存在的、相对于精密微纳加工而言的，脉冲能量过高的缺点。本发明实现了在玻璃表面的无损精密微纳加工。

技术领域

本发明属于激光加工领域的微细加工方法，特别是一种利用红光纳秒激光对玻璃表面微细加工的方法。

背景技术

激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性，对材料(包括金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等的一门加工技术。利用激光技术在玻璃表面构建微纳结构是表面工程学研究的一部分，具有这种微纳结构的玻璃材料在生物、汽车、航空航天等领域均有广泛应用。

红光纳秒激光是一种性价比极高的常用激光源，具有中心发射波长为1064nm、平均脉冲宽度为100ns的特性，当使用红光纳秒激光对玻璃表面进行微细加工时，由于其波长特性的原因，玻璃会对此波长光束具有极好的透过性，因此，激光难以在玻璃表面聚焦。同时，对应此脉宽的激光脉冲能量约为1mJ，这个能量值如果直接作用在玻璃材料表面，会造成玻璃的严重烧伤，产生大量的微裂纹，难以实现微结构的精确加工。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述问题，本发明要提供一种既能克服由于玻璃本身的极好透光性而难以实现激光聚焦的缺点，同时又能极好的降低单个激光脉冲能量，进行玻璃表面的精密微细加工、而不会对玻璃造成烧伤的利用红光纳秒激光对玻璃表面微细加工的方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种利用红光纳秒激光对玻璃表面微细加工的方法，包括以下步骤：

步骤A、将玻璃材料表面均匀涂敷一层辅料；

在激光加工前，选择辅料，并将辅料制备成固含量8％～15％的水溶液，对玻璃表面进行辅料的涂敷；

将玻璃片水平安装在专用夹具上，所述专用夹具固定安装在二维精密工作台上，实现专用夹具在水平面内的两维运动；

涂敷时，将0.4～0.6mL的辅料滴放在玻璃片表面上，通过调整控制头带动弹性元件移动，保证弹性元件与辅料接触，所述弹性元件为PVC材料的薄片，厚度为0.2～0.6mm；

控制二维精密工作台沿水平方向移动，保证辅料溶液在0.5～0.8Pa的压力下均匀覆盖在玻璃片上；同时，喷头将雾态水喷洒在玻璃片表面上，保证玻璃片的充分润湿；

步骤B、将玻璃片放置在室温下水平静置；

完成辅料的涂敷后，将玻璃片放置在室温下水平静置48～60h，经过测量辅料层厚度保证在0.2-0.3mm范围内；

步骤C、对玻璃片进行微细加工；

将玻璃片固定在精密机床夹具上，开启激光源使激光发射头产生红外激光，调整激光的功率在6W以下、脉冲频率小于100kHz，激光经过透镜聚焦为激光束，保证激光束的焦点位置在辅料层内，焦点距离玻璃片的上表面为0.05-0.02mm；使辅料层在激光束的能量烧蚀作用下被切除，其激光能量影响区在玻璃片表面形成烧蚀光斑区，在这个过程中通过调整激光的焦点在Z轴方向的位置和激光的基本频率和功率参数，控制激光束在玻璃片表面的烧蚀面积和深度，同时，玻璃片在精密夹具和机床的X-Y溜板的带动下，完成玻璃片的X-Y方向水平进给，采用不同的进给速度，获得不同的表面质量，完成玻璃片表面的微细加工。

进一步地，所述辅料采用TiO₂、ZnO、Fe粉、Ne粉或铁氧体粉。