超快激光材料微孔加工与切割实验报告

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

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。