[发明专利]一种对透明材料进行焊接的方法

说明书

技术领域

本发明涉及对材料的焊接，特别涉及一种对透明材料进行焊接的方法。

背景技术

透明材料在光学、电子器件、生物医药和微光电子机械系统（MOEMS）领域有着广泛应用。但是，透明材料的连接问题一直没有得到很好的解决，现在主要是利用化学黏接剂或中间层，这样的连接，不能保证良好的机械性能，以及良好的热稳定性和化学稳定性。

最近人们提出了超短脉冲激光焊接方法。超短脉冲激光峰值功率极高，可以实现多光子吸收（电离），即激光束可以透过材料表面，在激光焦点处的能流密度可以达到或超过多光子吸收（电离）阈值，材料发生熔化，如果激光聚焦在两块透明材料分界面上，随激光焦点的移动，材料发生再凝固，实现激光焊接。但是，超短脉冲激光成本高、功率较小，焊接效率受到限制，成为实际应用的瓶颈。

长脉冲激光技术已经成熟应用于工业生产，但是，峰值功率较低，在透明材料内部聚焦后，不足以实现多光子吸收（电离），只能利用透明材料内的金属杂质吸收长脉冲激光，而金属杂质分布无法得到有效控制，因此长脉冲激光在不填加吸收层的情况下，不能进行有效的材料内部处理，只能进行材料表面处理。

发明内容

本发明提供了一种对透明材料进行焊接的方法，降低了成本，提高了焊接效率，详见下文描述：

一种对透明材料进行焊接的方法，所述方法包括以下步骤：

（1）选择两种能透过待焊接透明材料的激光，一种是超短脉冲激光，另一种是长脉冲激光，两束激光的功率相匹配，调节两束激光同步后并束；

（2）将两块待焊接透明材料叠放在一起，其中，两块待焊接透明材料相同或不同；

（3）调节激光光路，使得激光通过物镜聚焦在两块待焊接透明材料的分界面上；

（4）当超短脉冲激光能量（或功率）大于等于多光子吸收阈值光强时，（两束脉冲激光的）焦点中心附近发生多光子吸收（电离），产生自由电子，即种子电子，种子电子吸收长脉冲激光；

（5）当种子电子吸收的长脉冲激光的能量达到熔化阈值时，焦点中心附近的材料发生熔化并融合，随着激光焦点的移动，熔化的材料降温，凝固，连接在一起，实现连接或焊接。

两块待焊接透明材料之间不使用吸收层，透明材料包括：玻璃、晶体或聚合物，两种激光透过率均大于50%。

本发明提供的技术方案的有益效果是：利用超短脉冲激光在透明材料内部产生多光子吸收（电离），提供种子电子，利用种子电子就可以吸收长脉冲激光，当达到熔化阈值时，实现碰撞电离，便可以实现焊接。本方法降低了只使用超短脉冲激光的成本，并提高了焊接效率，实现了对材料内部的焊接。

附图说明

图1为激光光强分布曲线图；

图2为本发明采用装置的示意图；

图3为本发明提供的一种对透明材料进行焊接的方法的流程图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1：多光子吸收阈值光强；    2：光斑直径；

3：激光光强分布曲线；      4：飞秒激光光束；

5：物镜；                  6：第一片透明材料；

7：第二片透明材料；        8：焊接区。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

为了降低成本，提高焊接效率，本发明实施例提供了一种对透明材料进行焊接的方法，参见图1、图2和图3，该方法包括以下步骤：

101：选择两种能透过待焊接透明材料的激光，一种是超短脉冲激光，另一种是长脉冲激光，两束激光的功率相匹配，调节两束激光同步后并束；

具体实现时，根据实际应用中的材料需要确定两种激光的功率，超短脉冲激光通常选取脉冲宽度为飞秒或皮秒数量级；长脉冲激光通常选取纳秒、微秒、毫秒或连续激光中的任意一种，本发明实施例对此不做限制。

其中，透明材料包括：玻璃、晶体和聚合物，对两种激光具有较高的透过率，通过率通常大于50%。

其中，对两种脉冲激光进行调节使得激光脉冲同步，以及并束的步骤为本领域技术人员所公知，本发明实施例在此不做赘述。

102：将两块待焊接透明材料6和7叠放在一起，其中，两块待焊接透明材料6和7相同或不同；

103：调节激光光路，使得激光通过物镜5聚焦在两块待焊接透明材料的分界面上；