レーザ加工と切削加工の統合によるガラス材料加工技術の開発

激光加工与切割加工一体化的玻璃材料加工技术的发展

基本信息

批准号：
16J09248
负责人：
伊藤佑介
金额：
$ 1.79万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

Pump-Probe法と高速度カメラを組み合わせたイメージングシステムを構築し，低パルス数においてフィラメンテーションが生じ，材料深部にまで電子励起領域が形成されている様子を観察した．また，レーザ照射の度に応力波が材料内外に伝搬していることを示した．材料深部まで形成された電子励起領域を効率的に使用し，なおかつ応力波の形成頻度を減らす加工法として，フェムト秒レーザ誘起加工法を提案した．この手法では，1発のフェムト秒レーザで材料深部まで，電子励起領域をフィラメント状に形成する．その領域にのみ，選択的に連続波レーザ光を吸収させる．ガラスに対して透過波長であり，フィラメントにのみ吸収される高出力連続波レーザを用いることで，狭い領域を局所的に加熱することを狙った加工手法である．従来であれば，深さ約0.1 mmの加工穴の形成に，200 msを要していたが，提案手法では，0.04 msで同等の深さの穴が形成できることを明らかにした．このように従来比5000倍の超高速加工を実現した．また，加工穴近傍において，従来手法で多量に形成されていたクラックが，提案手法では抑制された．従来であれば，フェムト秒レーザパルスを照射するたびに応力波が伝搬し，その際に形成される引張応力によってクラックが形成されていたが，提案手法では，応力波が一度しか伝搬しないために破壊が抑制された．以上のように，提案手法により，従来のフェムト秒レーザ加工の微細性を維持したまま，超高速加工と精密加工を同時に実現した．

我们构建了一个结合泵浦探针方法和高速相机的成像系统，并观察到低脉冲数下发生的丝状形成以及材料深处电子激发区域的形成。研究还表明，每次激光照射时，应力波都会在材料内部和外部传播。我们提出了一种飞秒激光诱导加工方法，作为一种有效利用形成在材料深处的电子激发区域并降低应力波形成频率的加工方法。在该方法中，使用单个飞秒激光在材料深处形成丝状电子激发区域。连续波激光仅在该区域被选择性吸收。这是一种旨在通过使用高功率连续波激光对狭窄区域进行局部加热的加工方法，该激光的波长对玻璃是透明的并且仅被灯丝吸收。传统上，形成深度约为 0.1 毫米的加工孔需要 200 毫秒，但所提出的方法表明，可以在 0.04 毫秒内形成相同深度的孔。通过这种方式，我们实现了比传统方法快5000倍的超高速加工。此外，所提出的方法抑制了使用传统方法在加工孔附近形成的大量裂纹。在传统方法中，每次照射飞秒激光脉冲时应力波都会传播，并且由于当时形成的拉应力而形成裂纹，但在所提出的方法中，应力波仅传播一次就被抑制。如上所述，所提出的方法在保持传统飞秒激光加工的精细度的同时，同时实现了超高速加工和精密加工。

项目成果

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Experimental Analysis of Glass Drilling with Ultrashort Pulse Lasers

超短脉冲激光玻璃钻孔实验分析

DOI：
10.20965/ijat.2016.p0863
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
1.1
作者：
Rin Shinomoto; Yusuke Ito; Toru Kizaki; Kentaro Tatsukoshi; Yasuji Fukasawa; Keisuke Nagato; Naohiko Sugita;Mamoru Mitsuishi
通讯作者：
Mamoru Mitsuishi

ガラスのフェムト秒レーザ穴あけ加工におけるダメージ形成メカニズム

玻璃飞秒激光打孔损伤形成机制