为了使用低成本的红外光纤激光器对蓝宝石进行高效率高质量的加工, 采用激光诱导背向湿式刻蚀方法进行了理论分析和实验验证, 研制了一种新型的活性高且稳定性高的混合溶液, 硫酸铜的质量浓度为28g/L、次磷酸钠的质量浓度为40g/L、氨水的质量浓度为45g/L、pH值为12。在相同的加工条件下, 采用硫酸铜水溶液和混合溶液对蓝宝石进行切割。结果表明, 蓝宝石在混合溶液中的切割效率高出硫酸铜水溶液中的5倍左右; 采用混合溶液对蓝宝石进行成形切割, 加工出了高质量的异形蓝宝石零件。此研究对提高低功率激光作用下蓝宝石的加工效率有一定的指导意义。

利用声发射仪对脉冲光纤激光诱导背向湿式刻蚀蓝宝石的过程进行了试验研究。在激光诱导背向湿式刻蚀蓝宝石的过程中检测到的声发射信号包含丰富的特征信息; 利用声发射信号的幅度、能量计数和撞击计数等特征参数对激光诱导背向湿式刻蚀蓝宝石过程进行表征; 蓝宝石未被切穿时声发射信号表现为声发射事件少, 幅度大(90~100 dB), 能量计数较大, 撞击计数较小; 蓝宝石被切穿后声发射信号表现为声发射事件多, 幅度小(40~80 dB), 能量计数基本为0, 撞击计数较大。

为了获得飞秒激光背部湿刻石英玻璃微通道的最佳参量, 通过分别改变飞秒激光的功率、刻蚀速率和显微物镜的放大倍数进行了实验。采用超景深显微镜对加工样品进行观察和测量, 并分析了微通道的形貌。结果表明, 在飞秒激光功率为50mW、刻蚀速率为0.010mm/s、20×显微物镜聚焦的实验条件下, 可以制备出深度为1466μm、深宽比为32的石英玻璃微通道。此研究对3维结构维纳制造技术有一定的应用价值。

蓝宝石具有高耐磨性、高硬度、高熔点及化学性能稳定等特点, 是重要的光学元件和半导体衬底材料, 广泛应用于工业、**和科研等领域。传统的机械加工易产生裂纹、碎片和刀具易磨损等问题, 化学刻蚀法的加工效率又较低。因此采用波长为1 064 nm的纳秒脉冲红外激光, 以CuSO4溶液作为工作液, 对激光诱导背面湿式刻蚀蓝宝石技术进行了加工工艺研究, 并利用共聚焦显微镜对激光加工后蓝宝石沟槽表面的形貌尺寸进行检测。同时通过单因素实验法研究了脉冲激光能量与扫描速度、重复次数、刻蚀液浓度以及液膜厚度对划槽尺寸和划槽质量的影响规律。实验表明使用20%的饱和CuSO4溶液, 在0.5~0.9 J/mm的线密度能量下8次扫描, 并使用430～1 400 μm的液层厚度有利于提高激光诱导液相沉积量, 加大激光划切深度, 获得质量较好的划槽。