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光电汇@如何搭建一个CO2激光抛光玻璃系统？( 四 )


1、建立起符合实际加工情况的热传导方程以及相应的初始条件和边界条件 ， 模拟出不同加工参数上玻璃表面上的温度分布；
2、理论上计算分析 ， CO2激光抛光玻璃等硬脆材料过程中 ， 聚焦光斑对硬脆材料的热分布 ， 黏性的变化和应力的产生等情况的影响 ， 建立一个简单的表面应力的模型；
3、利用双温德鲁德模型数值分析CO2激光与玻璃等硬脆材料相互作用过程中载流子和晶格的温度、以及载流子浓度随时间及二维空间变化等瞬态过程 ， 理论上揭示CO2激光辐照期间材料的光学性能变化以及对实验结果的预测与分析 。
CO2激光与玻璃等硬脆材料相互作用 ， 尤其与晶态物质的相互作用是一种非常复杂的过程 ， 其涉及物理、化学、光学及材料本身的特性 ， 其损伤机理包含光压导致的表面破坏、多光子吸收电离、材料缺陷吸收、非线性自聚焦吸收破坏与雪崩电离破坏等 。
针对激光的不同波长与脉冲能量强度 ， 以上各损伤机理所占比重各不相同 。 随着激光波长的减小 ， 其光子能量呈上升趋势 。 当激光波长较长时 ， 激光对玻璃等硬脆材料的主要损伤形式为材料缺陷吸收所导致的热破坏 ， 但其中仍然有许多过程是不清楚的 。 这是都是值得研究的地方 ， 并且也只有把这些地方弄清楚后才能更好的推动CO2激光抛光玻璃等硬脆材料在工业中的应用 。
第二阶段：搭建CO2激光抛光晶体与玻璃等硬脆材料的实验系统
1、高重复频率的脉冲CO2激光对透明晶体与玻璃等硬脆材料进行抛光的研究 。 具体研究方法是：让连续CO2激光器处于脉冲工作的方式 ， 通过改变激光的平均功率、扫描速度、扫描间距、脉冲数和脉冲宽度等 ， 研究透明晶体与玻璃等硬脆材料的表面粗糙度与加工参数的关系 。
2、详细研究脉冲宽度和辐射能量在材料去除机制 ， 消融阈值和加工速率起到的关键作用和通过分析激光辐照形成的表面形貌特点说明在不同的能量密度和脉冲宽度的条件下 ， 表面抛光是通过什么方式来实现的 ， 并通过实验探索出玻璃消融阈值能量和融化溅射阈值能量关于各参数的曲线图 。
系统研究激光能流、样品衬底温度、扫描速度以及脉冲数与脉冲宽度等对透明晶体与玻璃等硬脆材料表面抛光粗糙度与热应力裂纹破损的影响 ， 为制备高质量、大面积器件级玻璃等硬脆材料与光学元件提供理论指导和实验参数 。
第三阶段：基于CO2激光抛光晶体与玻璃等硬脆材料的实验系统平台的应用方向探索
1、基于回归分析的模型探索CO2激光器对玻璃类相应非晶态物质的切割加工工艺参数进行研究 ， 同时对其激光器功率、切割速度、切割厚度与切缝宽度等参数的相互关系进行分析 。
2、探索利用声光晶体调制和DOE光学元件对稳定的CO2激光进行调制和整形 ， 产生脉宽在50 μs左右的平顶激光 。 让多脉冲的平顶激光作用至表面已抛光的玻璃上 ， 在玻璃表面形成周期性的微米级圆形微透镜阵列 。 随后再次使用长脉冲的CO2激光对其表面抛光 ， 可以获得高光束质量的微光学元件 。
3、探索调整CO2激光的脉宽和占空比对玻璃进行表面微结构加工 ， 利用光学显微镜和轮廓质谱仪观察表面微结构形貌和亲疏水特性 ， 并探索该种微结构在工业领域的应用 。
☆ END ☆


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