激光多焦點加工系統(tǒng)研制及分離脆性透明材料研究.pdf

1、脆性材料在航空航天、國防及電子領(lǐng)域中具有十分廣泛的應(yīng)用，尤其是具有重要戰(zhàn)略地位的光學(xué)晶體材料，機(jī)械加工方法已不能滿足其高質(zhì)量、高效率的應(yīng)用需求，研發(fā)新技術(shù)迫在眉睫。激光切割技術(shù)已廣泛應(yīng)用于脆性材料加工中，但是單個聚焦點激光切割受到材料厚度的限制，較厚脆性材料的激光切割仍是需要解決的問題。
　　本論文基于激光熱裂法原理，研發(fā)了一個全新的激光多焦點加工光學(xué)系統(tǒng)，減少沿材料厚度方向的應(yīng)力差別，誘導(dǎo)裂紋擴(kuò)展，實現(xiàn)較厚脆性透明材料的高質(zhì)量分

2、離。結(jié)合實驗室的設(shè)備條件，討論和制定了該系統(tǒng)的研制方案。系統(tǒng)由連續(xù)激光器、偏振分光棱鏡、1/4波片、聚焦鏡、帶孔球面反射鏡、平面反射鏡及精密工作臺等組成。
　　通過序列性方式對多焦點衍生系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)地理論計算，并在ZEMAX軟件中采用序列與非序列模式相結(jié)合的方法進(jìn)行了激光多焦點加工光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計。通過空氣介質(zhì)實驗驗證了系統(tǒng)設(shè)計的準(zhǔn)確性，形成的多焦點位置誤差小于2mm。由理論仿真和實驗測試分析了影響激光多焦點系統(tǒng)性能的主要因素，包含

3、多焦點衍生系統(tǒng)的設(shè)計，待加工材料（厚度及質(zhì)量等），表面平行度以及組件位置偏移等等。
　　通過研究和分析多焦點聚焦激光在脆性材料中的傳輸特性，尤其是在具有雙折射效應(yīng)的光學(xué)晶體材料中，得出激光在晶體中的傳輸特性與入射激光和晶體光軸的夾角密切相關(guān)，需考慮E光光斑畸變在加工過程中帶來的不利影響。
　　開展了激光多焦點加工系統(tǒng)分離80mm厚K9玻璃和厚度不大于70mm KDP晶體的實驗研究。通過在玻璃側(cè)表面用激光預(yù)置裂紋，在最大激光作