無機(jī)非金屬材料如陶瓷、單晶、玻璃等與準(zhǔn)分子激光切割機(jī)相互作用具有以下特點(diǎn):①切割閾值能量密度比高分子聚合物和天然有機(jī)物高得多。如硼硅玻璃高達(dá)7.5J/cm2.②潛伏效應(yīng)顯著。特別是硼硅玻璃在激光切割機(jī)開始后,在比閾值低得多的能量密度下也能高速率激光切割。③除玻璃外,其余材料的激光切割速率都很低。在入射激光能量密度高達(dá)30J/cm2情況下,刻蝕去除率不超過0.5um/pulse.④熔化重凝現(xiàn)象十分明顯,在較高能量密度和稍高脈沖重復(fù)率(4~10Hz)情況下,僅憑肉眼觀察即可肯定。
20世紀(jì)80年代飛秒激光器在美國問世,飛秒技術(shù)得到迅速發(fā)展,90年代初,隨著寬帶可調(diào)諧激光晶體和自鎖模技術(shù)的出現(xiàn),飛秒激光切割技術(shù)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。以摻鈦藍(lán)寶石為代表的新一代飛秒激光器輸出光脈沖的持續(xù)時(shí)間zui短可至5fs,激光中心波長位于近紅外波段(-800nm),特別是借助于啁啾脈沖放大技術(shù),單個(gè)脈沖能量從幾個(gè)納焦耳就可放大至幾百毫焦耳、甚至焦耳量級,此時(shí)脈沖的峰值功率可達(dá)GW(10\9W)或TW(10\12W),再經(jīng)過聚焦后的功率密度為lo~10\18W/cm2,甚至更高,在這種工作條件下,任何物質(zhì)都將在瞬間內(nèi)轉(zhuǎn)變成“灰飛煙滅’’,消失得“無影無蹤”!具有如此*峰值強(qiáng)度和極短持續(xù)時(shí)間的光脈沖與物質(zhì)相互作用時(shí),瞬間內(nèi)的高能量密度沉積將使物質(zhì)內(nèi)部電子的吸收和運(yùn)動(dòng)方式發(fā)生變化,由于其能夠以極快的速度將其全部能量注入到很小的作用區(qū)域,避免了激光線性吸收、能量轉(zhuǎn)移和擴(kuò)散等因素的影響,從而在根本上改變了激光與物質(zhì)相互作用的機(jī)制,使飛秒激光加工成為具有超高精度、超高空間分辨率和超高廣泛性的非熱熔“冷”處理過程。
飛秒激光加工與傳統(tǒng)的加工用激光器如二氧化碳(C02)激光器、固體Nd:YAG激光器相比較,由于飛秒激光切割機(jī)加工不產(chǎn)生熱影響區(qū),能夠得到更高的加工精度;與*相比,雖然*的波長更加短,但是由于它的輻射能夠被大多數(shù)透明材料吸收,只能進(jìn)行表面加工,而使用飛秒激光器不僅能夠進(jìn)行表面微加工,還能進(jìn)行體內(nèi)微加工(材料透明情況下),且加工精度不低于使用*所達(dá)到的。飛秒激光加工所具有的*優(yōu)勢引起了人們的關(guān)注,使該技術(shù)得到了廣泛的發(fā)展,開創(chuàng)了激光切割機(jī)加工的嶄新領(lǐng)域。