飞秒激光下石英玻璃凹槽减薄工艺优化与形貌特性研究

本文主要探讨了飞秒激光在石英玻璃表面精密减薄工艺中的应用，特别是在实现凹槽加工过程中，针对线扫描-面减薄的工艺策略进行了深入研究。研究的核心是脉冲能量对烧蚀线槽形貌的影响，以及不同烧蚀线重叠率（δ）对单层凹槽减薄效果的影响。 首先，通过实验发现，当烧蚀线重叠率在40%到80%之间时，随着δ的增加，凹槽的深度有所提升，而侧壁角则呈现出下降的趋势。具体来说，当δ等于40%时，凹槽的深度、宽度和侧壁角分别为14.56微米、261.8微米和59.1°。这表明适当的线重叠率有助于控制凹槽的尺寸和形状。 其次，凹槽底面的粗糙度参数，如Ra（平均粗糙度）和Rz（微观不平度十点高度），随着δ的增大而降低，其中当δ达到80%时，粗糙度达到最小值，分别为0.19微米和1.23微米。这显示了激光能量分布对表面平滑度的显著优化效果。 再者，文章还关注了平行于扫描速度方向的轮廓特征，如轮廓算数平均偏差Ra'和微观不平度十点高度Rz'。实验结果显示，这些指标在δ增大时先减少，然后又有所增加，但当δ为80%时，Ra'接近Ra，Rz'接近Rz，表明在最佳重叠率下，轮廓精度得到稳定保持。 最后，轮廓的三维均方根偏差Sq随δ的增大而逐渐减小，其最小值为0.16微米，进一步证实了飞秒激光在减薄过程中的高精度控制能力。 本研究对于优化飞秒激光在石英玻璃上制作精密凹槽提供了重要的工艺参数参考，对于提高激光加工的表面质量和精度具有实际意义。这项工作对于激光技术、特别是飞秒激光在微纳制造领域的应用具有重要的理论和实践价值。