玻璃是一种广泛应用的工业材料，特别是在微电子、汽车、生物医学、建筑等行业广受青睐。但是因为玻璃本身具有高硬度、高脆性、高折射率、低导热率等特性，因此加工起来并不容易。而利用激光对玻璃进行焊接，就曾是焊接领域的一大难题。

通常激光焊接玻璃主要有两种方法。

一种是在焊接界面处涂覆不透明的颜料或者添加中间层，来增加激光的吸收率，界面附近材料吸收激光温度升高，然后经过材料融化后再凝固，从而实现材料之间的连接。

另一种方法是采用特种焊接光源焊接，通过高功率密度激光使材料之间产生非线性吸收，从而形成有效焊点，以达到连接彼此的目的。

随着超短脉冲激光技术的发展，特别是飞秒激光，拥有超强的脉冲能量，能在玻璃内部产生非线性吸收，从而使玻璃局部熔融，并通过最终熔融体的凝固达到焊接目的。而且，飞秒脉冲激光与玻璃的相互作用的时间极短，脉冲能量来不及扩散加工就结束了，能有效避免热扩散导致的裂纹及材料损伤。

后一种方法正在得到越来越多的科研工作者和工程师的关注和青睐；很多致力于攻克激光玻璃焊接难关的企业，也正在玻璃焊接方面实现着一次次突破。

超短脉冲焊接玻璃的优势

玻璃自身具有的一些有用的特性，如极高的熔点、透明性、脆性和机械刚性等，为激光焊接带来了很多困难。因此，适用于焊接金属和其他材料的典型工业激光器和方法，并不适用于焊接玻璃。

红外波长超短脉冲(USP)激光器适用于玻璃焊接。聚焦的红外激光束可以直接穿透玻璃，直到聚焦光束变窄、使得激光脉冲的高峰值功率能够在玻璃中触发“非线性吸收”。

此时，在激光束焦点周围非常小的区域内(通常直径小于几十微米)，玻璃会吸收激光能量迅速熔化。将聚焦得激光束沿着需要焊接的路径扫描，最终完成焊接。

USP激光玻璃焊接方法的主要优势

首先，键合牢固。因为被焊接的两种材料都部分熔化，然后再凝固在一起形成一个整体。这种工艺适用于玻璃与玻璃、玻璃与金属以及玻璃与半导体之间的焊接。

此外，产生热量极少的焊接过程，还能将焊缝放置在非常接近电子电路或其他热敏组件的地方，为设计和制造提供了更大自由度，更容易实现产品小型化设计。

相干公司将激光玻璃焊接投入实用

USP激光玻璃焊接也给实际操作带来了挑战，因为聚焦的激光光斑必须非常精确地保持在两个焊接组件之间的接口处。而部件并不是完全平坦的，所以这很难实现。此外，在焊接系统中部件放置的位置可能并不完全契合。

一种解决方案是使用轴向拉长的焦点。这会“延展”激光束焦点的尺寸以解决位置敏感性问题。但是，这种方法的缺点在于，拉长的光束焦点会在玻璃中产生一个具有非圆形横截面的熔池。当玻璃在熔化区凝固时，非圆形熔池更容易形成微裂纹。

针对这个问题，相干公司采用了另一种方法，实现了无微裂纹的焊接效果，并能同时适应工艺中接口距离的重大变化。其关键在于：结合高动态聚焦技术，利用高数值孔径(NA)的光学器件，产生小焦点光斑。

相干公司的激光系统实现了高球面度的熔池，从而避免了微裂纹。它还会感应接口距离并不断调整光学器件，从而始终保持完美聚焦。其结果是，几乎在任何形状的部件上都能保证高质量焊接，并且该工艺不受部件公差和位置的影响。

这项焊接工艺将有望将激光玻璃焊接带入批量生产的实用化阶段。

（资料来源：相干激光）