[發明專利]飛秒激光雙脈沖玻璃焊接強度增強系統裝置

有效

• 申請號: 202110596451.6
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113387553B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 林奈;王聰;張世福
• 申請（專利權）人: 西南電子技術研究所(中國電子科技集團公司第十研究所)
• 主分類號: C03B23/203
• 分類號: C03B23/203
• 代理公司: 成飛(集團)公司專利中心 51121
• 代理人: 郭純武

1.一種飛秒激光雙脈沖玻璃焊接強度增強系統裝置，包括：固定在電控一維運動平臺(1)上的全反射鏡(2)，設置在高重頻超快激光器(9)前端，按45°傾斜鏡像對稱分布的傾斜面的第一45°全反射鏡和與全反射鏡(2)對應的半透半反鏡(3)所組的成八字“]”形光路全反射鏡組，對應半透半反鏡(3)背端上方的俯視全反射鏡，固定在電控三維運動平臺(8)上兩疊合的待悍玻璃制品(7)，通過透鏡(5)、物鏡(6)在線監測待悍玻璃制品(7)的正向CCD電荷耦合元件(4)和橫向CCD電荷耦合元件(4)，其特征在于：第一45°全反射鏡的垂直光路通過半透半反鏡(3)的45°斜面正對全反射鏡(2)，通過半透半反鏡(3)背端光路末端的第二45°全反射鏡，與所述全反射鏡(2)和俯視全反射鏡形成十字交叉光路的焊接光路系統；高重頻超快激光器(9)產生超短脈沖激光光束經過第一45°全反鏡射入到半透半反鏡(3)的45°斜面，半透半反鏡(3)利用45°斜面分光鏡將光束分為兩束互為垂直的十字交叉束光，其中一路光束經過第二45°全反射鏡合束，豎直向下進入物鏡(6)，聚焦在待悍玻璃制品(7)的界面處，計算機利用兩個CCD電荷耦合元件(4)的在線監測，按照預定的掃描路徑分層掃描，控制電控一維運動平臺(1)精確調控兩束脈沖的延時時間，調控高重頻超快激光器(9)產生超快激光脈沖的掃描速度，將飛秒激光單脈沖光束調制為匯聚于待悍玻璃制品(7)連接處同一個焦點的飛秒激光雙脈沖光束脈沖，光束脈沖在約束層的作用下急劇膨脹形成沖擊波，向待悍玻璃制品(7)材料深處方向傳播，通過調節飛秒激光脈沖能量及掃描軌跡參數，在玻璃制品連接界面處表面形成熔化效應，獲得不同尺寸的熱影響區的吸收效應的熔池，從而將待焊疊合玻璃焊接在一起，冷卻后形成致密的焊縫。

2.如權利要求1所述的飛秒激光雙脈沖玻璃焊接強度增強系統裝置，其特征在于：電控三維運動平臺帶動待悍玻璃制品在三維空間內任意移動，對玻璃實施精確焊接，通過兩CCD電荷耦合元件相機獲得加工狀態中待悍玻璃制品的主視圖和俯視圖，實現在線檢測加工，利用高重頻超快激光器產生超快激光脈沖，使用全反鏡調整光束的位置，以45度斜射入分光鏡，使其分為兩束光，分別射向兩個全反射鏡，分光鏡將光束分為兩束后經過全反射鏡后再合束，全反射鏡使光束豎直射入物鏡，通過兩個CCD電荷耦合元件相機實現在線監測加工。

3.如權利要求1所述的飛秒激光雙脈沖玻璃焊接強度增強系統裝置，其特征在于：計算機按照預定的掃描路徑分層掃描，聚焦在待悍玻璃制品的交界面處，其中一個全反鏡固定在一維運動平臺上，經反射后又將兩束光合并成一束，再次經過全反射鏡進入物鏡，將焦點聚焦于兩玻璃的交界面處。

4.如權利要求1所述的飛秒激光雙脈沖玻璃焊接強度增強系統裝置，其特征在于：超短脈沖激光射出的激光為近紅外光，其波長為1030nm，脈沖寬度為2000fs，重復頻率為615kHz，進入物鏡的平均功率為3000mW。

5.如權利要求1所述的飛秒激光雙脈沖玻璃焊接強度增強系統裝置，其特征在于：加工樣品為兩片石英玻璃，將兩片玻璃自然疊放，不施加任何外力，此時為非光學貼合狀態，用NA＝0.25的物鏡進行聚焦，掃描速度為1000μm/s，掃描S型，線間距為50μm，掃描面積為1×1mm²，層間距為50μm，利用兩個CCD電荷耦合元件進行側面和頂部的在線監控，按照預定的掃描路徑逐層掃描完成玻璃焊接操作。