弗劳恩霍夫激光所开发出可将玻璃切割成任何形状的激光器

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2021-08-06

切割玻璃可能是一个危险且困难的过程——但使用由Fraunhofer（弗劳恩霍夫）激光技术研究所ILT开发的特殊形状的超短激光脉冲，就不会这样了。事实上，正是智能手机显示屏让Fraunhofer ILT的科学家们想知道如何快速轻松地分离钢化玻璃中的圆形。使用超短脉冲（USP）激光器，可以沿任何轮廓修改和破碎玻璃，且不会释放任何灰尘或残留物。

与其他玻璃切割技术不同，激光不会划伤玻璃表面，而是在材料体积内产生较小的材料应力，从而在材料分离时产生干净的边缘。这需要激光束内有一个特殊的强度分布，具有长束腰和陡峭倾斜的强度分布。

现代衍射光学元件（DOE）几乎可以将光塑造成任何形状。由于其衍射结构，可以精确调整激光束，因此可以从单个光束中生成特殊的光束轮廓或复杂的图案。DOE还可以将单个光束的能量分配给一组相似的部分光束。复杂的衍射结构是DOE的一个特殊特征。

开发这些光学器件始于计算机，科学家们在计算机上计算微小的相位模式，从而产生所需的光束分布。他们使用可编程空间光调制器，通过基于像素的相位调整器测试所计算出来的结构，并用显微镜分析所生成的光束。经过几次迭代，DOE 的最佳结构以光刻方式刻在玻璃上。DOEs还可用作100瓦以上USP激光器的纯玻璃光学器件。除了基于衍射的DOEs，折射光学元件（ROE）也经常用于波束形成，因为它们可以在数百瓦的功率范围内折射光束。

DOEs和ROEs具有高热稳定性，因此在提高USP激光系统的生产率方面具有很大的优势。Fraunhofer ILT的科学家们开发出了一种可以从一个强大的USP激光束中形成多达196束相似的光束阵列。然而，即使使用单个光束进行处理，这些光学元件也提供了许多可能性。特殊形状的USP激光束可以构造表面，将应力引入玻璃体或改变局部的折射率。

Fraunhofer ILT的科学家、亚琛工业大学激光技术LLT主席和行业合作伙伴正在研究USP激光束的成形范围。TRUMPF和4JET技术公司也参与了这项研究和开发，在德国联邦教育和研究部（BMBF）资助的数字光子生产DPP研究园区的框架内开展工作。

这些参与者专门致力于汽车行业平视显示器的玻璃加工。“Femto DPP”项目的专家在玻璃中创造了微米级大小的缺陷，这些缺陷可以以一定角度反射LED光，这正是平视显示器所需的。加工中使用的激光还可用于产生预定的断裂点，这些断裂点以受控方式引入，用于随后的快速玻璃切割。预计该工艺在未来可以应用于任何曲面玻璃板。

Femtoprint 3D打印技术对行业具有巨大的潜在影响。在光学和电子领域，Femtoprint和其他纳米打印技术可用于在纳米尺度上制造二维和三维形状。这些形式可用于微流体或微型玻璃器件，并对纳米尺寸的物体进行3D打印。通过推进这种规模的激光加工，Fraunhofer推进了未来的3D打印的应用，并帮助推动 3D打印制造出十亿分之一米大小的东西。

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