异种金属氧化物辅助激光刻蚀蓝宝石的研究

杨富理，袁根福，李 浩

(江南大学 机械工程学院，无锡 214122)

引 言

蓝宝石是一种集优良光学性能、物化学性能于一体的多功能材料，其具有高硬度、高熔点以及良好化学稳定性等特点，在紫外波段具有良好的透光率[1]，是重要的光学元件，被广泛应用于民用、国防和科研等领域[2-4]。由于蓝宝石属于硬脆材料，在传统机械加工过程中容易出现裂纹、崩边等现象[5]。又因为蓝宝石化学稳定性较好，使得化学加工方法对其难以加工[6]。激光加工具有非接触、应用范围广、灵活度高等特点，适用于硬脆性材料的加工。目前，采用高能激光束加工蓝宝石的方法主要有超短脉冲激光加工[7-8]、纳秒脉冲紫外激光加工[9]、激光诱导等离子体加工[10-11]、激光诱导背部湿法加工[12-13]以及选择性湿法加工[14]。其中，激光诱导等离子体刻蚀原理和激光诱导背部湿法刻蚀原理相似，前者以金属固体靶材作为吸收介质，而后者以液体溶剂作为吸收介质。皮秒、飞秒超短脉冲激光加工蓝宝石热影响区较小，但光子能量损失大，材料去除率低，加工设备成本较高。紫外激光加工蓝宝石，激光功率较低且焦深较短，蓝宝石去除率较低。选择性湿法刻蚀是将飞秒激光聚焦照射和化学刻蚀技术相结合，材料去除率仍然较低。普通红外激光器成本低，输出稳定，但是蓝宝石对其发出的激光束吸收率极低。ZHOU等人[15]在蓝宝石背面涂厚度0.1mm黑漆作为吸收层，研究红外纳秒激光诱导蓝宝石背面刻蚀，发现刻蚀率显著增加。……