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玻璃作为一种透明材料,对外在应力及温度变化非常敏感,广泛应用在MENS封装,生物医学等方面。玻璃之间以及玻璃和其他材料之间传统的连接方法(比如键合,胶合)存在连接强度较低,受温度影响大,稳定性差,老化现象严重的问题。超短脉冲激光由于超短的脉冲宽度和超高的峰值功率,在材料微纳加工领域中显示出独一无二的优势。利用高重频的超短脉冲激光与材料相互作用时产生的热累积效应可以实现玻璃之间的连接,不需要在两片玻璃之间添加吸收介质,不需要对材料进行热处理,应用前景广阔。本文主要采用高重频超短脉冲激光对多种成分的玻璃材料进行焊接研究,包括石英玻璃,铝硅酸盐玻璃,高硼硅玻璃等等,同时探究了激光频率和激光功率对熔融区域的影响。本文的主要工作以及取得的成果主要有以下三个方面: 1、利用热扩散模型对超短脉冲激光与石英玻璃相互作用产生的热累积效应进行了计算和模拟。从得到的温度变化曲线可以看到,当激光重复频率高于500kHz时,激光脉冲在材料内部产生的温度随着脉冲数增加而增加,热累积效应明显。当激光重复频率为100kHz时,每次脉冲作用之后玻璃会降到室温,没有热累积效应。 2、利用高重频飞秒激光成功实现了石英玻璃之间,高硼硅玻璃之间,铝硅酸盐玻璃之间和钠钙玻璃之间的焊接。针对石英玻璃,熔融区域由顶部空腔,中部熔融区域和底部的线形损伤组成,探究了激光频率和激光功率对焊接端面熔融区域三种结构的影响,进行了拉伸强度测试,得到了最大的焊接强度为12.15MPa,同时对不同成分玻璃之间的焊接区域形貌进行了对比。除此之外,实现了光学贴合和非光学贴合条件下的玻璃之间的焊接,对比了高重频焊接与低重频焊接的差别,相比之下,高重频激光焊接速度快,焊接强度高。 3、运用高重频飞秒激光成功实现了石英玻璃和单晶硅之间的焊接。焊接过程中,激光聚焦焦点偏下层单晶硅20μm左右,焊接成功之后,对焊线进行观察,发现焊线均匀整齐,没有崩边等现象。