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应用天地 Applications

CO 2 和 CO 激光源加工玻璃的原 还支持切割化学强化玻璃。
理都是在局部密集加热。具体来说，
所有玻璃都极易吸收 CO 2 激光器产 激光烧蚀
生的 10.6µm 波长，因此聚焦的激光 激光烧蚀的玻璃加工机制与通过
束能够快速加热玻璃表面或近表面区 热冲击形成切缝的 CO 2 和 CO 激光器
域。为了实现切割效果，玻璃需要相 的加工方式完全不同。激光烧蚀实现
对激光束平移，并且由玻璃上方的喷 划线的方式是通过精准烧蚀真正去除
液或喷气口对玻璃进行快速冷却。由 材料。当施加功率足够大的激光、从
图 3：输出功率仅 9W的 CO 激光器以 140 mm/s的
加工速率，在超薄玻璃（厚度 50µm）上实现平滑 此带来的热冲击会让玻璃形成连续切 而在玻璃中激发非线性吸收时，就会
整齐的曲线切割效果（半径 6mm的圆）。
缝。如果玻璃较薄，切缝可以完全穿 实现烧蚀。这样一来，就能通过局部
板中心施力，往往也会导致玻璃边缘 透基板，直接完成切割，这叫做“整 密集加热（热烧蚀）或通过极高峰值
发生破裂。因此，与采用机械法切割 体切割”。如果玻璃比较厚，则还需 功率直接破坏原子间的化学键（光烧
的玻璃相比，激光切割的玻璃能承受 要额外通过一个激光或机械式掰断环 蚀），达到去除材料的目的。
的力要大 1-2 倍。 节才能完成切割，这叫做“激光划线”。 用于激光烧蚀的激光器要么是脉
由于很少需要（或完全不需要） CO 激光器的总体加工过程大致 宽在纳秒级的 Q 开关半导体泵浦固体
后续清洁或打磨阶段的工作，激光切 相同。不过，玻璃对 CO 激光器输出 激光器，要么是脉宽在皮秒乃至飞秒
割还减少了工艺环节的数量。因此， 的 5~6µm 激光的吸收率显著降低， 级的工业超快激光器。这些工业超快
虽然激光切割工作台的投资成本比机 这让激光照射大块材料时能够穿透得 激光器往往使用锁模半导体泵浦固体
械系统高，但由于不需要额外配备打 更深。因此，热量能够直接深入大 激光器作为种子来实现后续的一级或
磨机，所以激光切割的总投资要比机 块玻璃，而无需依靠从表面传播。相 多级放大。
械加工系统低。加之对后处理工作和 干公司开展的测试表明，这能比使用 通过激光烧蚀切割玻璃存在许多
清洁工作的需求下降，激光切割法比 CO 2 激光器进一步降低残余应力，从 不同形式，不过所有这些形式都有个
机械法更环保，耗用的水资源也更少 而提高切割工件的强度，同时能够扩 共同点，那就是激光脉冲会从基板上
（或完全不需要耗用水资源）。 大加工区间。 打下微小碎屑。通常，脉宽与去除的
最后，有些激光切割法支持玻璃 CO 激光器还有一个吸引人的优 颗粒大小直接关联。脉宽为纳秒级的
曲线切割。如今对曲线切割的需求量 点是支持曲线切割。CO 2 激光器往往 激光器产生的碎屑大小以数微米为单
越来越大，尤其在手机制造行业，制 局限于以直线切割玻璃，因为其圆形 位，超快激光器产生的颗粒以数百纳
造商们希望生产几何形状更复杂的屏 输出光束必须重塑为细长光线，才能 米为单位。
幕，包括在材料上打孔来容纳按键、 更好地发散表面产生的高温。相比之 纳秒脉宽激光器发射的绿光
控制键、LED 和相机镜头。 下，CO 激光器吸收率较低的特点让 （532nm）或紫外光（355nm）往往会
它能直接使用圆形光束，而且不会产 穿透透明基板顶层，并且最初聚焦于
CO 激光器和 CO 激光器 生不利的热影响。另外，CO 激光器 底部表面。在这种所谓的“自下而上”
2
二氧化碳 (CO 2 ) 激光器用于切割 的方法中，烧蚀下来的碎屑会受重力
玻璃已有多年。相比之下，作为工业 作用从材料相互作用区域掉落。通过
实用型工具的一氧化碳 (CO) 激光器， 沿预期轮廓移动贯穿基板的聚焦光
直到 2015 年才由相干公司率先推出， 束，刻划或切割边缘几乎可以是任何
可以说是刚刚开始在这一应用领域的 轮廓，包括曲线切割、槽、孔、沟槽、
部署。不论是 CO 2 激光器还是 CO 激 斜面和切面。
光器，都有玻璃切割速度快、产量大 与其他方法相比，这类烧蚀方法
的优点。 图 4：采用“自下而上”方法加工的通孔。 的加工速度比较慢。例如，用这种方

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