薄脆性材料的加工挑戰

  在非金屬加工領域，薄脆性材料的激光加工備受關注。隨著智能手機、LED照明、平板電腦、以及可穿戴設備等消費電子產品的不斷發展迭代，玻璃、藍寶石和陶瓷等材料，憑借著自身具備的獨特優質屬性而獲得了廣泛應用，比如堅硬的鋼化玻璃用作于智能手機的顯示屏；堅硬且化學性質穩定的陶瓷用于制作電子零部件襯底和絕緣材料；堅硬耐劃的藍寶石用于LED襯底、手機攝像頭保護玻璃、智能手機顯示屏、智能手表的蓋板玻璃等。

  在這些應用中使用的玻璃、藍寶石或陶瓷等材料，厚度通常較薄，硬度越來越高，非常易碎。而在加工要求上，上述應用通常需要在這些薄脆易碎的材料上實施非常精密的切割、鉆孔甚至開槽等加工過程，這使得傳統的銑、 鉆、 磨等機械加工工藝面臨著極大的挑戰，因為材料極薄極脆，加工過程中因接觸而施加到材料上的任何應力，都可能導致材料碎裂，最終報廢。

然而，傳統機械加工方式所面臨的挑戰，卻為非接觸性的激光加工帶來了更多機會。

超快激光應對加工挑戰

  玻璃、陶瓷、藍寶石等薄脆性非金屬材料的精密加工，通常使用超快激光。超快激光脈沖持續時間極短，在納秒、皮秒甚至是飛秒級別，將適度的激光能量作用在材料表面，通過打斷材料的化學鍵而實現材料去除目的，在這個過程中，激光能量還來不及向加工范圍周圍傳遞，加工過程便已結束，因此產生的熱量幾乎可以忽略不計，材料不會產生熱損傷。

隨著這些脆性材料在LED、智能手機、可穿戴設備等產品中的應用越來越多，致力于這類脆性材料加工的激光器、激光系統及相關科研機構也不斷增多，他們的努力也促進了激光技術在脆性材料加工領域不斷突破。

（一）漢諾威中心的薄片玻璃鉆孔方案

  2016年12月初，德國漢諾威激光中心（LZH）和德國巴伐利亞激光中心（BLZ）聯合舉辦了一場主題為“玻璃材料的激光加工”的研討會，主要探討激光玻璃加工領域的最新發展與趨勢。

當前，激光玻璃加工領域的發展快速，一些創新的加工過程和系統，正在使薄片、平板和管狀玻璃產品的加工不斷進步。

研討會上，漢諾威激光中心由Philipp von Witzendorff領導的一個研究團隊介紹了一種新穎的薄片玻璃鉆孔方案，其將單個脈沖與不同的脈沖持續時間相結合，成功避免了鉆孔過程中在玻璃邊緣出現碎片，加工出的表面非常光滑，能力成功化學強化薄片玻璃的鉆孔，如用于手機屏中的強化玻璃。

漢諾威激光中心新開發的玻璃鉆孔工藝，比水射流方式更具成本效益，并且還能加工厚度4mm的玻璃。漢諾威激光中心在玻璃加工方面的創新，為消費電子等產品提供了有價值的推動力。

（二）堪稱改變行業規則的皮秒混合光纖激光器IceFyre？

在玻璃/藍寶石加工方面，萬機儀器（MKS Instruments）旗下的光譜物理業務部門（Spectra-Physics）在這方面實力不俗。早在2015年12月，光譜物理就針對化學強化玻璃、非強化玻璃和藍寶石的快速高質量切割應用，推出了ClearShape飛秒激光器，其能夠達到1m/s的切割速度，并且切割邊緣無毛邊碎屑，邊緣粗糙度Ra <0.1μm。

  今年2月Spectra-Physics首次亮相的緊湊型高功率工業皮秒混合光纖激光器IceFyre，堪稱是一款改變游戲規則的產品——集高功率、超短脈沖、前所未有的通用性、重復頻率可調、可編程靈活調節脈寬、脈沖可按需觸發等諸多功能及成本優勢于一身。IceFyre在1064nm波長處提供> 50W的平均功率和高達> 200μJ的脈沖能量，脈沖重復頻率可調節范圍從單發脈沖到8MHz，是精密加工藍寶石、玻璃、陶瓷、塑料及其他材料的理想光源。

IceFyre在性能、成本、尺寸和可靠性方面的表現，是否如其所愿能夠改變工業微加工激光器市場的游戲規則？我們拭目以待。