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皮秒激光切割机切割玻璃的原理是什么?

皮秒激光切割机切割玻璃的原理是什么?

作者:
天弘激光
来源:
天弘激光
发布时间:
2021/07/13
【摘要】:
激光切割机在非金属材料领域也有着广泛的应用,不仅可以切割硬度高、脆性大的材料,如氮化硅、陶瓷、石英、玻璃等;皮秒级超快激光切割机具备高精度切割,利用低热能扩散的特点,在热传导到周边材料前完成材料打断,在脆性材料切割中表现出良好的效果。那么,皮秒激光切割机实现玻璃切割的原理是什么?天弘激光技术工程师为您解答。
激光切割机在非金属材料领域也有着广泛的应用,不仅可以切割硬度高、脆性大的材料,如氮化硅、陶瓷、石英、玻璃等;皮秒级超快激光切割机具备高精度切割,利用低热能扩散的特点,在热传导到周边材料前完成材料打断,在脆性材料切割中表现出良好的效果。那么,皮秒激光切割机实现玻璃切割的原理是什么?天弘激光技术工程师为您解答。
 
皮秒激光切割机实现玻璃切割的原理解析
皮秒激光切割机之基本加工原理:皮秒级超快激光辐射光子,材料进行多光子吸收产生导带电子,处在高能级的电子在材料运动中发射声子,并把所吸收能量转移至晶格,晶格经历能量沉积造成材料熔化或机械破坏,实现高质量的微加工。
 
激光切割机切割玻璃是一项易于控制的非接触式的少污染技术,为客户带来极大便利;同时在高速切割下能保证边缘整齐、垂直性佳和内损伤低的优势,正成为玻璃切割行业的新型解决方案。
激光切割机的切割效果与材料对波长的吸收深度有关系,在玻璃的吸收光谱中,对1064nm波长的光透过率>92.1%,因此皮秒级超快激光切割铝硅酸盐玻璃,必须利用材料的体吸收。
 
超快激光产生的超短脉冲与材料相互作用时间极短,不会给周围材料带来热影响,因此超快激光加工也被称为冷加工。当激光脉冲宽度达到皮秒或飞秒量级,可以在很大程度上避免对分子热运动的影响,产生更少的热影响。
 
当超快激光束通过玻璃材料传播时,光束在两者动态平衡中能实现长距离传播,在材料中形成微米级的丝孔,直线电机控制玻璃工件相对于激光束进行运动来生成等间距的众多丝孔,通过优化丝孔间距产生沿直径方向的微裂纹。对存在微裂纹的玻璃施加外力,增加微裂纹处的应力,使玻璃沿微裂纹断裂,达到切断的目的。在实际切割玻璃中,优化聚焦系统及焦距,可实现重复性聚焦/散焦过程,形成稳定穿孔。
 
超快激光光束作用在玻璃材料上时,光束中心光强比边缘低,带来材料中心折射率比边缘变化大,光束中心传播速度比边缘慢,光束出现非线性光学克尔效应来产生自聚焦,继续提升功率密度。直到在某阈值材料产生低密度等离子体,降低材料中心折射率,实现光束散焦。

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