一种透明玻璃内部炫彩雕刻装置的制作方法

[0001]
本实用新型涉及激光雕刻的技术领域，尤其涉及一种透明玻璃内部炫彩雕刻装置。


背景技术：

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玻璃内雕工艺是将激光聚焦在玻璃内部，破坏或者改变玻璃结构，从而实现在玻璃内部雕刻出任意图案的工艺方法。玻璃内雕技术主要经历了白色激光内雕和激光彩色内雕两个阶段，白色激光内雕目前在市场上应用较为广泛，如各种水晶玻璃、奖杯以及装饰用玻璃的内雕，主要是将高强度的纳秒激光聚焦到玻璃内部，在激光的焦点处玻璃损伤产生微裂纹，从而形成对光的散射，实现肉眼可见的雕刻图案；彩色激光内雕技术则是通过超短脉冲激光在玻璃内部产生的多光子吸收、多光子离子化等非线性反应，诱导色心形成、离子价态改变以及纳米粒子析出，从而实现有色内雕，以上工艺方法依据色心或掺杂粒子的不同，可以使激光处理后的玻璃呈现出特定的颜色。传统的玻璃内雕装置存在着一些固有的缺点，如降低了玻璃的强度、对玻璃材质选择性较高以及内雕色彩单一等。
[0003]
因此有必要设计一种新的玻璃内雕装置，以克服上述问题。


技术实现要素：

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本实用新型的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种透明玻璃内部炫彩雕刻装置，以解决传统玻璃内雕装置会降低了玻璃的强度以及内雕色彩单一的问题。
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本实用新型是这样实现的：
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本实用新型提供一种透明玻璃内部炫彩雕刻装置，包括发射飞秒激光的飞秒激光器、用于将飞秒激光整形为长焦深聚焦激光的光束整形组件、放置透明玻璃样品并带动透明玻璃样品按设定图形移动的三维移动平台，所述光束整形组件包括将飞秒激光整形为飞秒贝塞尔高斯激光的锥透镜以及对飞秒贝塞尔高斯激光进一步聚焦的望远镜构件，所述锥透镜和所述望远镜构件均位于激光光路上，所述锥透镜位于所述飞秒激光器和望远镜构件间，所述望远镜构件位于所述锥透镜和三维移动平台间。
[0007]
作为优选，所述望远镜构件包括平凸透镜和物镜，所述平凸透镜位于所述锥透镜和所述物镜间。
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本实用新型具有以下有益效果：
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1、本实用新型提供的透明玻璃内部炫彩雕刻装置利用飞秒激光“冷”加工的特点，通过调节飞秒激光器的平均功率、重复频率以及三维移动平台的扫描速度，使透明玻璃样品在激光的焦点处(玻璃内部的炫彩区域)仅产生折射率改变，并未对玻璃基材造成破坏，不会减弱玻璃的强度。
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2、本实用新型提供的透明玻璃内部炫彩雕刻装置将飞秒激光通过具有一定长焦深的光学元件聚焦到玻璃内部，在焦点位置处玻璃吸收激光能量而发生永久折射率改变，利用该折射率改变的特性结合长焦深的刻写特点，在玻璃内部刻写具有一定纵深的体布拉
格光栅，利用体布拉格光栅更高的衍射效率，可以在玻璃内部构造出任意的不规则图形，并在玻璃内部形成彩色图案。
[0011]
3、本实用新型提供的透明玻璃内部炫彩雕刻装置依靠飞秒激光直写方式可以在玻璃内部加工出任意炫彩图形，适用于各种玻璃、蓝宝石材料的加工。
附图说明
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为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
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图1为本实用新型实施例提供的透明玻璃内部炫彩雕刻装置的示意图。
具体实施方式
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下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
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如图1，本实用新型实施例提供一种透明玻璃内部炫彩雕刻装置，包括发射飞秒激光的飞秒激光器1、用于将飞秒激光整形为长焦深聚焦激光的光束整形组件2、放置透明玻璃样品3并带动透明玻璃样品3按设定图形移动的三维移动平台4，所述光束整形组件2包括将飞秒激光整形为飞秒贝塞尔高斯激光的锥透镜5以及对飞秒贝塞尔高斯激光进一步聚焦的望远镜构件，所述锥透镜5和所述望远镜构件均位于激光光路上，所述锥透镜5位于所述飞秒激光器1和望远镜构件间，所述望远镜构件位于所述锥透镜5和三维移动平台4间。在本实施例中，所述望远镜构件包括平凸透镜6和物镜7，所述平凸透镜6位于所述锥透镜5和所述物镜7间，所述平凸透镜6的凸面朝上正对锥透镜5的锥面。本实用新型提供的透明玻璃内部炫彩雕刻装置将飞秒激光通过具有一定长焦深的光学元件聚焦到玻璃内部，在焦点位置处玻璃吸收激光能量而发生永久折射率改变，利用该折射率改变的特性结合长焦深的刻写特点，在玻璃内部刻写具有一定纵深的体布拉格光栅，利用该光栅对光的衍射效果，可以在玻璃内部构造出任意的不规则图形，并在玻璃内部形成彩色图案。由于体布拉格光栅更高的衍射效率，因而加工出的图案更加炫彩，色彩更加丰富。
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本实用新型实施例提供的透明玻璃内部炫彩雕刻装置的操作步骤：1、为了在玻璃内部形成具有更加炫彩效果的图形，本实用新型选择在玻璃内部刻写具有一定纵向深度的体布拉格光栅，该光栅的理论衍射效率可达100％，为了实现该纵向刻写深度，飞秒激光器1发射的激光脉冲(<500fs)经过锥透镜5、平凸透镜6及物镜7组成的光束整形组件2整形，转变为具有极小横向聚焦尺寸及较大纵向焦深的飞秒贝塞尔高斯激光；2、将飞秒激光经上述光束整形组件2聚焦在玻璃内部的指定位置，设置激光的输出功率、频率以及三维移动平台4的移动速度，通过在玻璃内部刻划单线的方式，寻找合适的加工参数；3、用显微镜观察玻璃内部的刻写轨迹，对于仅发生折射率改变的区域在显微镜下可见透明轨迹，其横向尺寸依据光学系统的聚焦效果一般为亚微米至数微米量级；4、绘制所要加工图案的图档，图案
以线条填充，设置合适的填充间距使得激光改性区域不发生重叠；5、通过运动控制系统控制放置有透明玻璃样品3的三维移动平台4按设计的图形移动，同时控制激光开关光，从而使激光在玻璃内部扫描出所需的图案。
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本实用新型提供的透明玻璃内部炫彩雕刻装置利用飞秒激光“冷”加工的特点，通过调节飞秒激光器的平均功率、重复频率以及三维移动平台的扫描速度，使透明玻璃样品在激光的焦点处(玻璃内部的炫彩区域)仅产生折射率改变，并未对玻璃基材造成破坏，不会减弱玻璃的强度。
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本实用新型提供的透明玻璃内部炫彩雕刻装置将飞秒激光通过具有一定长焦深的光学元件聚焦到玻璃内部，在焦点位置处玻璃吸收激光能量而发生永久折射率改变，利用该折射率改变的特性结合长焦深的刻写特点，在玻璃内部刻写具有一定纵深的体布拉格光栅，利用体布拉格光栅更高的衍射效率，可以在玻璃内部构造出任意的不规则图形，并在玻璃内部形成彩色图案。
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本实用新型提供的透明玻璃内部炫彩雕刻装置依靠飞秒激光直写方式可以在玻璃内部加工出任意炫彩图形，适用于各种玻璃、蓝宝石材料的加工。
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如图1所示为飞秒激光玻璃内部炫彩雕刻示意图，本实用新型提供的透明玻璃内部炫彩雕刻装置主要由飞秒激光器1、光束整形组件2、透明玻璃样品3、以及三维移动平台4组成。飞秒激光由飞秒激光器1产生，如中心波长1035nm，脉冲宽度350fs，光束整形组件2用于将飞秒激光器1整形为贝塞尔高斯激光，该贝塞尔高斯激光的长焦深聚焦特性，将直接决定写入的体布拉格光栅的纵向深度，激光聚焦在透明玻璃样品3内部，三维移动平台4按设定图形移动，改变激光在玻璃内部的扫描轨迹。
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利用本实用新型提供的雕刻装置在玻璃内部炫彩雕刻的实施步骤：
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将清洗过的透明玻璃样品3置于计算机控制的三维移动平台4上；
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飞秒激光器发射的飞秒激光器1，经由锥透镜5整形为飞秒贝塞尔高斯激光，然后经由平凸透镜6和物镜7组成的望远镜构件进一步缩小并聚焦在透明玻璃样品3内部；
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调节飞秒激光器1的平均功率、重复频率以及三维移动平台4的扫描速度，使透明玻璃样品3在激光的焦点处仅产生折射率改变；
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在显微镜下观察透明玻璃样品3内部的折射率改性区域，对于飞秒激光器1在0.28w平均功率和40khz的重复频率以及三位移动平台4在60mm/s的移动速度下，透明玻璃样品3内部折射率改性横向尺寸<1.5μm，纵向深度约为80μm；
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绘制加工图档，图案以线条填充，并采用合适的填充间距，如设定填充间距为3μm，按设定参数控制飞秒激光器1开关光以及三维移动平台4移动，加工所需图形。
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以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。