Abstract This article investigates picosecond and sub-picosecond laser micromachining of Borofloat®33 glass and provides clear evidence that a simple modification of the laser beam scanning strategy can lead to significant improvement of machining efficiency and hence process throughput. Besides studying the impact of the fundamental laser machining parameters, such as laser fluence, pulse overlap, pulse repetition frequency (PRF), pulse duration and laser spot diameter, on the machined depth, surface roughness and material removal rate (MRR), it also compares the machining results for two different laser beam scanning strategies, called here "sequential” method (SM) and “interlaced” method (IM). By changing the scanning strategy from SM to IM, the MRR can be significantly increased because IM allows high-quality machining of the glass at higher PRF values. The experimental results show that this simple, cost-free modification allows the MRR value to be increased by more than 4 times, i.e. from 0.12 mm3/s to 0.53 mm3/s. Moreover, by using a Phantom V2512 high-speed camera, the picosecond laser micromachining process using both SM and IM was filmed. The videos show that SM leads to the accumulation of glass particles within the laser-machined area, whereas in IM the glass material is removed layer by layer which leads to the generation of “cleaner” and deeper areas. The mechanisms associated with these machining improvements are discussed.

中文翻译：

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一种用于超短脉冲激光微加工应用的隔行激光束扫描方法的研究

摘要 本文研究了 Borofloat®33 玻璃的皮秒和亚皮秒激光微加工，并提供了明确的证据，证明激光束扫描策略的简单修改可以显着提高加工效率，从而显着提高加工产量。除了研究基本的激光加工参数，如激光能量密度、脉冲重叠、脉冲重复频率 (PRF)、脉冲持续时间和激光光斑直径对加工深度、表面粗糙度和材料去除率 (MRR) 的影响，它还比较两种不同激光束扫描策略的加工结果，这里称为“顺序”方法（SM）和“隔行”方法（IM）。通过将扫描策略从 SM 更改为 IM，MRR 可以显着增加，因为 IM 允许在更高的 PRF 值下对玻璃进行高质量的加工。实验结果表明，这种简单、无成本的修改使 MRR 值提高了 4 倍以上，即从 0.12 mm3/s 增加到 0.53 mm3/s。此外，通过使用 Phantom V2512 高速相机，拍摄了同时使用 SM 和 IM 的皮秒激光微加工过程。视频显示，SM 导致玻璃颗粒在激光加工区域内积聚，而在 IM 中，玻璃材料被逐层去除，从而产生“更清洁”和更深的区域。讨论了与这些加工改进相关的机制。从 0.12 mm3/s 到 0.53 mm3/s。此外，通过使用 Phantom V2512 高速相机，拍摄了同时使用 SM 和 IM 的皮秒激光微加工过程。视频显示，SM 导致玻璃颗粒在激光加工区域内积聚，而在 IM 中，玻璃材料被逐层去除，从而产生“更清洁”和更深的区域。讨论了与这些加工改进相关的机制。从 0.12 mm3/s 到 0.53 mm3/s。此外，通过使用 Phantom V2512 高速相机，拍摄了同时使用 SM 和 IM 的皮秒激光微加工过程。视频显示，SM 导致玻璃颗粒在激光加工区域内积聚，而在 IM 中，玻璃材料被逐层去除，从而产生“更清洁”和更深的区域。讨论了与这些加工改进相关的机制。