近年來,超快激光微加工快速的發(fā)展,可廣泛應(yīng)用于微電子、顯微外科和工業(yè)加工等領(lǐng)域。超快激光可燒蝕和微加工幾乎所有類型材料,只要使用一組最佳的加工參數(shù),便可以在微米精度上控制進(jìn)行切割、銑削、蝕刻和紋理表面。相比普通激光,超快激光對于透明材料微加工更有優(yōu)勢,其超短的脈沖避免了加工材料表面褶皺的形成,超高的能量密度使得材料對激光的線性吸收轉(zhuǎn)換為非線性吸收,避免了材料加工區(qū)域熱響應(yīng)區(qū)的形成。同時紫外激光也因波長短、加工區(qū)域周圍熱效應(yīng)小、成本低等特點(diǎn)在微加工具有獨(dú)特的優(yōu)勢,能有效提高加工精密度,廣泛應(yīng)用在工業(yè)激光微加工領(lǐng)域中。體內(nèi)選擇性激光刻蝕技術(shù)（ISLE）將激光改性與化學(xué)刻蝕相結(jié)合,近些年得到了廣泛的關(guān)注。本論文采用體內(nèi)選擇性激光刻蝕技術(shù)的方法,利用超快激光和紫外激光在康寧玻璃（鋁硅酸鹽玻璃）進(jìn)行微加工研究并探究其在工業(yè)上應(yīng)用。本論文的主要內(nèi)容包括:1.介紹了超快激光對透明材料微加工的研究現(xiàn)狀,激光對透明材料微加工的兩種方法及其對應(yīng)刻蝕機(jī)理。2.飛秒激光選擇性刻蝕制備微通道的研究。飛秒激光的激光功率和刻蝕速率是激光微加工制備微通道的重要參數(shù),通過最佳的加工參數(shù)可使所產(chǎn)生的熱效應(yīng)可以忽略不計。實(shí)... 

【文章來源】：深圳大學(xué)廣東省

【文章頁數(shù)】：52 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

熔石英玻璃的破壞閾值隨光子能量變化圖[7]

?對于幾個飛秒的超短脈沖激光，光電離可以提供所有的導(dǎo)帶電子。1.1.2激光選擇性刻蝕法機(jī)理選擇性刻蝕將超快激光聚焦輻射可以引起透明電介質(zhì)的化學(xué)和物理性質(zhì)的高度局部化永久改變，利用選擇性刻蝕法能夠制造光子[9,10]、微流體組件[11]、光學(xué)存儲[12]和納米結(jié)構(gòu)[13]，并能有效加工透明材料的表面結(jié)構(gòu)和內(nèi)腔體等微小結(jié)構(gòu)[14~16]。亞琛工業(yè)大學(xué)Jens等人將該技術(shù)命名為體內(nèi)選擇性激光刻蝕（In-volumeSelectiveLaserEtching，簡稱ISLE）技術(shù)[17]。激光選擇性刻蝕法就是將超快激光加工和化學(xué)腐蝕結(jié)合起來，具體分為兩步，如圖1.2所示，第一步是使超快激光在透明介質(zhì)材料內(nèi)聚焦，掃描出微納結(jié)構(gòu)的三維形狀，使激光掃描過的區(qū)域發(fā)生改性。第二步是將加工過的材料放到腐蝕溶液里，由于改性區(qū)域的材料更容易與腐蝕溶液發(fā)生反應(yīng)，腐蝕過后激光掃描過的改性區(qū)域被清除。相比激光直接刻蝕法，該方法可避免因高能量激光氣化的材料在被加工樣品表面再度凝結(jié)而影響加工進(jìn)一步進(jìn)行。激光選擇性刻蝕法需要的能量密度較低，激光刻蝕速度也相對更快，更適合工業(yè)生產(chǎn)。但其缺點(diǎn)在于需要較長的腐蝕時間，降低了加工的效率。同時腐蝕溶液不但對改性區(qū)域有腐蝕作用，對非改性區(qū)也會腐蝕，對材料本身會造成一定的損傷，甚至有些腐蝕溶液存在安全隱患，對人體有害。圖1.2體內(nèi)選擇性激光刻蝕（ISLE）的兩個步驟：Ⅰ.激光改性Ⅱ.化學(xué)腐蝕改性區(qū)域

鋁硅酸鹽玻璃的激光微加工技術(shù)研究8第2章飛秒激光刻蝕鋁硅酸鹽玻璃制備微通道的研究2.1實(shí)驗(yàn)裝置圖2.1為飛秒激光選擇刻蝕鋁硅酸鹽玻璃的實(shí)驗(yàn)裝置圖。所使用的激光由美國相干公司生產(chǎn)的摻鈦藍(lán)寶石激光放大器（LegendElite-USP-HE,CoherentInc.）作照射源。飛秒激光脈寬為35fs，中心波長為800nm，重復(fù)頻率為1kHz，最大平均功率為4W。所輸出激光水平偏振，光束強(qiáng)度為高斯分布。飛秒激光首先經(jīng)過一個光闌，通過光闌可以控制激光束的直徑；隨后通過可以連續(xù)調(diào)節(jié)激光功率大小的衰減器，三個45°的反面鏡可以將光束方向從上向下傳輸，最后經(jīng)過顯微物鏡聚焦在一點(diǎn)進(jìn)行刻蝕。由于光通量由脈沖能量和聚焦程度決定，顯微物鏡的放大倍數(shù)越高光斑越小聚焦效果越好，更適合微加工改性處理，顯微物鏡（Olympus）選用數(shù)值孔徑數(shù)為0.85、放大倍數(shù)為100。將鋁硅酸鹽玻璃水平固定在三維平移臺上，通過物鏡聚焦光束照射在材料樣品上。圖2.1飛秒激光選擇性刻蝕加工實(shí)驗(yàn)裝置圖在照射之前，在去離子水的超聲浴中清洗鋁硅酸鹽玻璃，以確保激光束不會在表面小顆粒上散射，完全聚焦在樣品內(nèi)部。通過電腦控制三維平移臺沿垂直于光束的X軸水平移動鋁硅酸鹽玻璃樣品。通過飛秒激光對鋁硅酸鹽玻璃內(nèi)部進(jìn)行改性，對加工完樣品進(jìn)行清洗后，將通過飛秒激光改性后的鋁硅酸鹽玻璃置于10Mol/L(質(zhì)量分?jǐn)?shù)35.8%）加熱至97℃的高溫高濃度KOH溶液中進(jìn)行化學(xué)腐蝕。隨后將腐蝕過的鋁硅酸鹽玻璃再次置于去離子水中并用超聲波輔助清洗。通過光

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]光學(xué)微透鏡陣列模壓成形研究進(jìn)展與展望[J]. 周天豐,解加慶,梁志強(qiáng),劉欣,劉曉華,王西彬.  中國光學(xué). 2017(05)
[2]激光改性輔助腐蝕加工玻璃微結(jié)構(gòu)研究[J]. 王偉瑩,孫小燕,董欣然,劉曼玉,褚東凱,胡友旺.  應(yīng)用激光. 2017(04)
[3]飛秒激光濕法刻蝕微納制造[J]. 陳烽,楊青,邊浩,杜廣慶,柳克銀,孟祥衛(wèi),鄧澤方,山超.  應(yīng)用光學(xué). 2014(01)
[4]飛秒激光和酸刻蝕方法制作凹面微透鏡陣列[J]. 李明,程光華,趙衛(wèi),王屹山,賀俊芳,陳國夫.  光子學(xué)報. 2009(03)
[5]超短脈沖激光對無機(jī)硅材料的損傷[J]. 李玉華,馬法君,戴能利,楊光,陸培祥.  中國激光. 2007(07)
[6]貝塞爾光束與激光打孔[J]. 蔣志平,陸啟生,劉澤金.  光學(xué)技術(shù). 1996(01)

博士論文
[1]飛秒激光微細(xì)加工電介質(zhì)材料與微光器件制備研究[D]. 李玉華.華中科技大學(xué) 2007



本文編號：3293432