铝硅酸盐玻璃的激光微加工技术研究

作     者：蒋凌峰 

作者单位：深圳大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王科;杜晨林

授予年度：2019年

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：微加工 超快激光 激光选择性刻蚀 贝塞尔光束 铝硅酸盐玻璃 

摘      要：近年来,超快激光微加工快速的发展,可广泛应用于微电子、显微外科和工业加工等领域。超快激光可烧蚀和微加工几乎所有类型材料,只要使用一组最佳的加工参数,便可以在微米精度上控制进行切割、铣削、蚀刻和纹理表面。相比普通激光,超快激光对于透明材料微加工更有优势,其超短的脉冲避免了加工材料表面褶皱的形成,超高的能量密度使得材料对激光的线性吸收转换为非线性吸收,避免了材料加工区域热响应区的形成。同时紫外激光也因波长短、加工区域周围热效应小、成本低等特点在微加工具有独特的优势,能有效提高加工精密度,广泛应用在工业激光微加工领域中。体内选择性激光刻蚀技术(ISLE)将激光改性与化学刻蚀相结合,近些年得到了广泛的关注。本论文采用体内选择性激光刻蚀技术的方法,利用超快激光和紫外激光在康宁玻璃(铝硅酸盐玻璃)进行微加工研究并探究其在工业上应用。本论文的主要内容包括:1.介绍了超快激光对透明材料微加工的研究现状,激光对透明材料微加工的两种方法及其对应刻蚀机理。2.飞秒激光选择性刻蚀制备微通道的研究。飞秒激光的激光功率和刻蚀速率是激光微加工制备微通道的重要参数,通过最佳的加工参数可使所产生的热效应可以忽略不计。实验表明,当激光功率为5mW、刻蚀速率为0.033mm/s和100X的显微物镜作为加工参数时,辅助高浓度高温的KOH溶液,在铝硅酸盐玻璃内可制备长径比为20的锥度微通道,并在此基础上制备长径比可达45的“Z型和“Y型二维微通道。3.贝塞尔光束对铝硅酸盐玻璃微加工的研究。介绍了贝塞尔光束长焦深的特性和加工透明材料的优势。实验中,利用贝塞尔光束选择性刻蚀方法可在铝硅酸盐玻璃表面制备出宽度50μm,深度最大3mm,无长度限制均匀的微槽结构;在激光切割方面,使用该方法利用化学裂片的方式代替之前激光裂片和机械裂片,可用于工业上对透明材料微米级结构的高精度去除。4.紫外激光配合碱性腐蚀制备微透镜阵列的研究。介绍了紫外激光“冷源微加工透明材料时产生较小热影响区的特点。在工业加工的需求下,实验最终制备出直径为20μm任意填充比的凹面微透镜阵列。