Laser processing transparent materials with nanosecond, picosecond and femtosecond pulses for industrial applications

材料科学 蓝宝石 飞秒 通量 激光器 皮秒 纳秒 光电子学 光学 激光烧蚀 钛宝石激光器 超短脉冲 X射线激光器 脉搏(音乐) 激光功率缩放 物理
作者
Jie Zhang,Sha Tao,Wei Chen,Brian Wang,Zhilong Ou,Jay Zhao
标识
DOI:10.1117/12.2291511
摘要

In this paper, the micro-processing of glass, sapphire, and polymers using industrial-grade nanosecond (ns), picosecond (ps), and femtosecond (fs) lasers was reported. Square/round inner contour were fabricated in glass and sapphire (0.3 to 1.1 mm in thickness) by the ablation-based cutting method using the ns, ps and fs lasers. The chipping sizes were 20 – 50um with 532nm ns laser, < 10 with 1064nm ps laser, and < 5 μm with 515nm fs laser, respectively. When processed using the 532nm ns laser, the laser fluence is 5 – 10 times higher than that used in the ultrafast lasers. Outline-dicing of glass, and sapphire was conducted using a 1064 nm ps laser followed by thermal/mechanical breaking. The laser beam was shaped to form a long focal depth. Clean edges and cross-sections were observed on the processed transparent materials. Melting-free cutting of PI, and PLLA was successfully realized using a 515nm fs laser to fabricate printable electronic and medical devices. The impact of the key parameters, including pulse energy, repetition rate, focal spot size, beam shaping was systematically studied. The best ablation efficiencies of glass and sapphire obtained were 0.3 - 0.4mm3 /(W•min.) when using the ultrafast lasers, which is much lower than that of polymers (2.0 – 4.0mm3 /(W.min).).

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