超快激光材料微孔加工与切割实验报告

机械42 张刘锋 2014010494

一、 实验目的

1） 了解飞秒激光的基本特性

2） 熟悉飞秒激光微孔加工的方法

3） 了解飞秒激光在材料切割方面的优缺点

二、 实验设备

1） 飞秒激光器（脉冲50fs，波长800nm）及其光路

2） 电控快门

3） 光学显微镜

4） 三位精密电控移动平台及控制系统

5） 10mm*10mm*1mm的JGS2型石英玻璃片

6） 100微米厚的不锈钢片

7） Olympus光学显微镜

三、 微孔加工实验内容

1） 打开激光器，用功率计测量出光口处激光的功率是否正常。

2） 用吹嘴吹掉反射镜表面的灰尘，检查光路是否正确。

3） 准备试样，并用压缩空气吹除试样表面灰尘，保证试样上下表面无附着物。

4） 将石英玻璃放置在水辅助专用实验台上，再将其放置在三维移动台上，找好焦点位置，

选取适当参数分别用水辅助与非水辅助方式加工微孔。

5） 关掉快门，停止移动三维平台。

6） 按照类似步骤进行不锈钢薄片切割实验，比较不同参数下实验结果；

7） 实验完毕后关闭快门控制柜和三维移动平台控制系统，测量出光口激光的功率是否正常，

关闭激光器。对实验中加工的微孔在显微镜下进行观测，讨论、总结不同工艺参数对微

孔加工的影响。

四、 实验数据整理

1、 原始数据如下所示：

表1、实验原始数据记录表 偏振片角度 激光功率 不锈钢微孔直径 玻璃微孔直径

190° 21mW 20.2um 9.8um

200° 68 mW 30.2 um 12.6 um

210° 169 mW 43.2 um 21.3 um

220° 268 mW 49.9 um 22.6 um

230° 319 mW 52.5 um 25.2 um

2、 数据处理后的结果如下图所示：

图1、不锈钢激光功率和微孔直径关系图

图2、石英玻璃激光功率和微孔直径关系图

五、 思考题

1） 什么是超快激光？简述超快激光的特点

答：飞秒激光是指脉冲宽度在飞秒量级及以下的激光。飞秒激光具有极短的脉冲宽度、极高的能量峰值和加工过程中强烈的非线性效应。飞秒激光加工时间短，热影响区小，加工

质量高。可实现三维空间内任意形状的加工。

2） 为何飞秒激光能够利用阈值效应进行加工

答：首先飞秒激光的波长较长，电子吸收单光子后不能够发生跃迁，但是飞秒激光脉冲

宽度很短导致每个脉冲内含有大量的光子，这样就可以诱发材料的双光子吸收行为，这样就

为飞秒激光利用阈值效应加工提供了可能。

3） 列举激光实验安全注意事项

答: 1) 进激光室前必须佩戴 1 号防护眼镜，并换上专用拖鞋和防护服，同时摘

掉身上所有反光的东西（手表、项链、戒指、钥匙等）。出激光室前不

要摘下防护装置。

2) 未经实验负责人员同意，不要亲自操作激光平台上的任何设备。

3) 任何时候眼睛不要面对光束的传播方向（比如不要蹲下正对着激光观察

准直）。避免直视激光器出光口、反射镜等一切可能射出激光的位置。

4) 弯腰捡东西时，要背对着激光，起身时也要背对激光。

5) 实验过程中不可随意打开激光室的门，除非经实验负责人同意。

6) 所有人员不可坐下进行实验。