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瑞丰恒532nm绿光激光器:玻璃雕刻原理及分析激光玻璃内雕

瑞丰恒532nm绿光激光器:玻璃雕刻原理及分析激光玻璃内雕

发布时间:
2019/10/21
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激光是20世纪以来继核能、电脑、半导体之后,人类的又一重大发明,被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”。原子受激辐射的光,故名“激光”。光是原子中的电子吸收能量后,从低能级跃迁到高能级,再从高能级回落到低能级,回落的时候释放的能量以光子的形式放出。而激光,就是被引诱(激发)出来的光子队列,这光子队列中的光子们,光学特性一样,步调极其一致。打个比方就是,普通光源,比如电灯泡发出来的光子各不同,而且会各个方向乱跑,很不团结,但是激光中的光子们则是心往一处想,劲往一处使,这导致它们所向披靡,威力很大。

现今常用的激光内雕机使用的都是532nm绿激光。

玻璃激光内雕技术的发展经历了传统的白色激光内雕和现代的着色激光内雕两个阶段。传统的白色激光内雕是通过在激光聚焦点的光强超过玻璃的损伤阈值而产生炸裂形成微裂纹,利用微裂纹对光的散射实现三维白色内雕。

激光内雕指的是对水晶等玻璃制品表面及体内文字、图形、图像的雕刻。其制作的各类水晶玻璃工艺品具有晶莹剔透、冰清玉洁超凡脱俗的视觉形象,浸透出高贵典雅的艺术魅力。作为一代新型的工艺技术,其经历了如下发展阶段第一阶段:内雕机是灯泵式白光机,内雕行业所谓的白光就是肉眼见不到的1064nm的红外光,这个波长的光能够用于内雕,但点子过于粗大使内雕的效果比较粗糙,因此图案的分辨率不高。第二阶段:后经研究发现,1064nm的倍频光532nm在雕刻效果方而优于白光机,而且532nm的绿光在可见光范围内易于调节,只是多一个倍频晶体而已。因此,在很短的时间内绿光机取代了白光机,进入了内雕加工工业。第三阶段:随着半导体激光器的发展和应用,灯泵机与半导体泵浦激光内雕机相比,半导体泵浦激光器的优势越来越明显,具体体现如下:(1)灯泵机耗材多,调节麻烦。(2)灯泵机速度慢。普通的灯泵机能量低,频率只能达到200Hz左右,理论最高速度12000/min要达到较高频率,只能增加灯功率,但会导致散热不足。而半导体激光器的光光转换效率高,能量高,频率能够达到几千赫兹。现阶段:应用在激光内雕行业的半导体激光器主要分2类:电光调Q激光器和声光调Q激光器。a.电光调Q方式:由于脉宽窄,峰值功率高,每个脉冲都会达到水品的爆炸点,因此一般的玻璃(钢化玻璃除外)都能打进去,主要应用于水晶内雕行业。但在高频条件下电光调Q不够稳定,其频率一般不超过1000Hz。b.声光调Q方式:峰值功率不高,水晶有杂质部分就可能因为峰值功率达不到爆炸点而漏点,而且,就算对于纯度非常高的水晶,激光器的出光功率也不可能是百分之百稳定,必然有波动,功率较低的时候也可能打不出点,但却能在高频下稳定工作,通常3000Hz以上的内雕机都是用声光调Q激光器。

传统的白色激光内雕的原理主要是利用纳秒脉冲激光器(通常是铭铝石榴石激光的基频,倍频或3倍频),把激光聚焦在玻璃内部,通过扫描实现三维(3D)内雕。要实现激光雕刻,在玻璃中激光聚焦点的激光能量密度必须大于使玻璃破坏的临界值,称为损伤阈值。而激光在该处的能量密度与它在该点光斑的大小有关。对于同一束激光来说,光斑越小所产生的能量密度越大。通过聚焦,可以使激光的能量密度在到达要加工区之前低于玻璃的破坏阈值,而在希望加工的区域则超过这一临界值。脉冲激光的能量可以在瞬间使玻璃受热炸裂,从而产生微米至毫米数量级的微裂纹,由于微裂纹对光的散射而呈白色。通过己经设定好的计算机程序控制在玻璃内部雕刻出特定的形状,玻璃的其余部分则保持原样。