[美国激光学会ICALEO? 2016：第35届激光与电光应用国际会议 - 美国加利福尼亚州圣地亚哥（2016年10月16-20日）] 激光与电光应用国际会议 - 利用超短脉冲增强透明材料钻孔技术

摘要： 透明材料加工的烧蚀工艺仍是研究热点，当前技术在烧蚀速率和质量（尤其是毫米级及以下特征尺寸）上仍存在局限。本文展示了采用亚皮秒超短脉冲激光对蓝宝石进行激光微加工的最新研究成果。我们通过自下而上的激光烧蚀加工方法实现这一目标，该方法已证明能在多种透明材料中制备出零锥度、高深宽比（>1:1）的特征结构。在先前使用<1ps（1030nm）光源的研究中，我们已实现在430μm厚c面蓝宝石上钻削≤250μm直径的孔洞。本研究进一步拓展工作范围，探讨了新增方法与激光参数。特别考察了波长转换至515nm的优势——相比基波波长，该波长能实现更小光斑和更高能量密度。研究发现，在相似能量密度条件下，1030nm与515nm工艺在最小可实现锥度和钻孔时间上无显著差异，但515nm光束提供的更小光斑和更高能量密度可实现更快的自下而上钻削。此外，我们测试了水辅助加工效果：将蓝宝石晶圆与水浴接触以优化加工过程中的颗粒排出。结果表明，水浴工艺可在≤5秒内钻出2°锥度的孔洞，较空气中≤2°锥度孔洞的加工周期缩短≥50%。