激光内雕设备激光器的工作原理讲解.pdf
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1、激光内雕设备激光器的工作原理 教学目标 掌握激光内雕设备激光器的的基本工作原理 白色激光内雕的原理 传统的白色激光内雕的原理主要是利用纳秒脉冲激光器(通常是铭铝石榴石激光的基频,倍 频或 3 倍频 ),把激光聚焦在玻璃内部,通过扫描实现三维(3D)内雕。 要实现激光雕刻,在玻 璃中激光聚焦点的激光能量密度必须大于使玻璃破坏的临界值,称为损伤阈值。 而激光在该 处的能量密度与它在该点光斑的大小有关。对于同一束激光来说,光斑越小所产生的能量密 度越大。 通过聚焦, 可以使激光的能量密度在到达要加工区之前低于玻璃的破坏阈值,而在 希望加工的区域则超过这一临界值。脉冲激光的能量可以在瞬间使玻璃受热炸裂
2、,从而产生 微米至毫米数量级的微裂纹,由于微裂纹对光的散射而呈白色。通过己经设定好的计算机程 序控制在玻璃内部雕刻出特定的形状,玻璃的其余部分则保持原样。 目前市场上一些常见的白色激光内雕玻璃产品 激光单色着色内雕机理 白色的激光玻璃内雕饰品虽然有形却无其色。着色的玻璃内雕成为了市场发展的必然趋势。 人们开发了采用脉冲宽度为纳秒至飞秒的激光着色内雕技术,由于聚焦激光的焦点附近具有 超高的电场强度, 即使材料在激光的波长处不存在本征吸收,也会因激光诱导的多光子吸收、 多光子离子化等非线性反应,而实现空间高度选择性的微结构改性,并赋予材料独特的光功 能。 通过空间选择性色心控制,离子价态操控以及纳
3、米粒子析出可以实现激光玻璃着色内雕。 飞秒激光在金离子掺杂的玻璃内部诱导的蝴蝶和人脸图案的照片 激光多色着色内雕的原理 在金离子掺杂的硅酸盐玻璃中,通过改变激光作用时间和激光功率可以控制金纳 米颗粒的尺寸分布,从而改变样品颜色及光学非线性。激光作用时间长,由于金的纳米表面 等离子体共振产生的吸收峰位置红移,呈现出金纳米粒子的量子尺寸效应;随着激光输出功 率的增大, 吸收系数增大, 表面等离子体共振产生的峰向短波方向移动,进而呈现出不同颜 色。 目前这一技术已经实现了产业化,产生了一定的社会和市场效益,在国内外引起很大反 响。现在的产品不但有新颖的彩色内雕玻璃(如下图,还有传统的白色内雕与最新的彩色结 合的产品 ) 各种颜色的彩色内雕玻璃工艺品实物照片 课堂小结 本次课学习了白色激光内雕、激光单色着色内雕、激光多色着色内雕的工作原理。 练一练 1、激光内雕是把激光聚焦在玻璃的那个部位?(C) A 玻璃的上表面 B玻璃的下表面 C玻璃的内部 D 和玻璃保持一定距离 2、激光内雕能否产生多种颜色(A) A 能 B不能 C不确定
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