摘要：为了探寻空化现象对水导激光微水束稳定性影响,利用计算流体动力学的方法,分别在不考虑空化和考虑空化的情况下,对从典型喷嘴出射的水射流进行了数值模拟分析,研究了空化现象的产生机理及对微水束稳定性的影响。结果表明,在入口直径为0.1 mm、圆柱段长径比为1、上边缘锐利的喷嘴结构下,随着入口压力从0.2 MPa增大到16 MPa,水射流与喷嘴壁面分离后再次附着的长度逐渐增大,并且空化会导致该长度延长;在入口压力小于6 MPa的情况下,不考虑空化的水射流在稳定后会贴着喷嘴壁面流下,而添加空化模型使得水束形成翻转流。该研究对设计满足水导激光工艺的喷嘴结构有着重要的参考价值。

摘要：为了保证水导激光微细加工中会聚激光与水束光纤的耦合效果,建立了由一个高精度耦合对准检测调整系统和一个特殊结构耦合装置组成的新的耦合系统,并提出了新的耦合对准方法。由于激光要经过空气层、玻璃层、水层进入水束光纤,因此根据计算结果,采用激光烧斑法来确定会聚透镜与水束光纤起始端(喷嘴孔)的距离;研究了激光在水束光纤中发生全反射的最大入射角;通过流体动力学仿真,设计了腔内流场分布均匀的耦合装置,保证了直径0.12 mm的水束光纤的高耦合品质;研究了激光能量在水束光纤中的衰减,采用特定波长和脉冲能量的激光和特殊过滤的去离子水来减小激光能量在水束光纤中耦合的损耗率。实验结果表明,水束光纤导光长度超过100 mm;采用该耦合技术能够在0.2 mm厚的硅基晶片上以2 mm/s速度切割出缝宽为0.12 mm的均匀窄缝,且几乎无裂纹、无热影响区。该耦合技术能够很好地满足水导激光微细加工的要求。

摘要：在水导激光加工中,聚焦激光与微细水束的耦合对准效果是实现水导激光稳定加工的关键。为了提高水导激光的耦合对准精度,提出了一种新的耦合对准方法,即采用一种双透镜离轴光学系统,系统中一透镜进行轴向移动从而调节束腰轴向位置,另一透镜与喷嘴一起进行径向移动从而调节束腰径向位置。该方法可以有效提高对准装置的分辨率,从而实现高精度的耦合对准。对该方法进行了理论分析,并根据理论分析进行了实验装置的设计。实验结果表明该方法将耦合对准装置的径向分辨率提高了5倍,与预期设计相符。应用该方法成功将激光耦合进入直径100μm的喷嘴中实现水导激光加工,该方法也是离轴光学系统的一个创新应用。

摘要：水导激光加工技术中,高质量光束对耦合效率起着关键性的作用。为了解决水-光耦合技术的难题,使水导激光加工技术更好地应用在具有高熔点和高硬脆性的材料的高精密度和低损伤等加工场合,提出自聚焦-球透镜组合聚焦模式和正-负轴棱锥镜组合聚焦模式,并与传统凸透镜聚焦模式进行对比分析。根据三种可适用性聚焦模式,推导相应的ABCD传输矩阵,仿真聚焦模式下的光束特性,并讨论不同聚焦模式下的工业化应用特点。仿真结果表明,正-负轴棱锥镜组合聚焦后的光束束腰半径最小,传统凸透镜聚焦模式聚焦后的光束发散角最小,且三种模式结构不同,都存在各自的优劣性。

摘要：为了进一步降低传统耦合装置的加工成本和制作时间,提升水导激光耦合装置的加工质量和效率性能,根据水导激光微细加工的工作原理,设计出了环形凹槽和等距柱型流道结构的新型耦合装置。通过SolidWorks软件构建轴对称射流水腔的三维数值模型,并用ANSYS Fluent软件对其进行数值模拟流场仿真,分析了水腔内部速度矢量图、流线图和射流出口处气液两相流仿真图。结果表明:在进水口径8 mm、入口速度1 m/s、喷口口径0. 25 mm的设置条件下,水导激光耦合装置各个剖面的速度矢量平稳、紧密,喷口处水流均衡稳定、无波动。该耦合装置结构设计合理可靠,完全能够满足水导激光微细加工设计和使用要求。

摘要：为了更好地采用水导激光加工碳纤维复合材料,基于响应面法设计实验,研究了工艺参数对切割质量指标的影响规律和切割质量对工艺参数的敏感性,并以热影响区、锥度、有效切割速度为目标进行了优化。结果表明:激光峰值功率对热影响区和锥度的影响显著,而切割速度和切割次数对有效切割速度的影响显著;当在切割速度2.35 mm/s、激光峰值功率324.45 W、切割次数6次时,水导激光切割碳纤维复合材料表面质量较好。

摘要：目前，随着晶圆厚度越做越薄和更多的三族、五族化合物半导体材料的应用，“钻石刀”技术越来越不能满足高质量的切割要求，晶圆切割开始使用激光技术。但传统的激光切割技术容易产生碎片，同时由于热影响在晶圆表面产生微细裂纹导致晶圆的断裂强度很低。为了解决这些问题，产生了一种新的切割技术——水导激光技术。这种技术采用头发丝细的水束流引导激光至工件表面，这就好比光纤一样。采用水导激光技术起初是为了解决切口热影响的问题，但该技术在克服光束发散和去除切割产生的熔融物质方面同样具有无可比拟的优势。全面介绍了水导激光切割技术的原理及其切割晶圆的应用，特别是在化合物半导体（砷化镓）晶圆、碳化硅晶圆方面的应用。