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超快激光加工玻璃材料:机理、应用与展望OA

Ultrafast laser processing of glass materials:mechanisms,applications,and prospects

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超快激光凭借高峰值功率和超短脉冲宽度,能够通过非线性吸收在透明玻璃内部实现高精度、局域化能量沉积,从而诱导折射率变化、纳米光栅、微空洞等多种微改性结构,并伴随近焦点区域的应力分布调制与元素迁移.这种独特的加工机制为玻璃材料内部三维微纳制造提供了重要基础.本文从超快激光与玻璃材料相互作用机理出发,系统梳理了不同改性类型及其对应工艺窗口,进一步总结了其在片上光子学器件制备、高精度切割、光波导写入、应力波片构筑、微通道加工以及 Burst模式加工等方面的研究进展.最后,分析了当前技术在加工一致性、机理认知和产业化落地方面面临的瓶颈,指出反向工程对于优化工艺设计的重要意义,并展望了人工智能技术在复杂参数寻优与加工智能化中的应用潜力.

Ultrafast lasers,owing to their high peak power and ultrashort pulse duration,enable highly pre-cise and localized energy deposition inside transparent glass through nonlinear absorption.This process can induce a variety of micro-modifications,including refractive index changes,nanogratings,and microvoids,and is often accompanied by stress-field modulation and elemental migration in the near-focus region.Such a unique processing mechanism provides an important foundation for three-dimensional micro/nanofabrication inside glass materials.Starting from the interaction mechanism between ultrafast lasers and glass,this paper systematically reviews different types of material modification and their corresponding processing windows,and further summarizes recent progress in applications such as on-chip photonic device fabrication,high-pre-cision cutting,optical waveguide writing,stress-based waveplate fabrication,microchannel processing,and burst-mode ultrafast laser machining.Finally,the paper analyzes the current bottlenecks in processing con-sistency,mechanistic understanding,and industrial implementation,highlights the importance of inverse en-gineering for process optimization,and discusses the potential of artificial intelligence technique in complex parameter optimization and intelligent laser processing.

王心田;于颜豪;陈岐岱;宋章宇;秦穆洋;袁昊;卜凡高;龚伟;刘国红;李臻赜;王磊

吉林大学 电子科学与工程学院 集成光电子全国重点实验室,吉林 长春 130012吉林大学 电子科学与工程学院 集成光电子全国重点实验室,吉林 长春 130012吉林大学 电子科学与工程学院 集成光电子全国重点实验室,吉林 长春 130012吉林大学 电子科学与工程学院 集成光电子全国重点实验室,吉林 长春 130012吉林大学 电子科学与工程学院 集成光电子全国重点实验室,吉林 长春 130012吉林大学 电子科学与工程学院 集成光电子全国重点实验室,吉林 长春 130012吉林大学 电子科学与工程学院 集成光电子全国重点实验室,吉林 长春 130012吉林大学 电子科学与工程学院 集成光电子全国重点实验室,吉林 长春 130012吉林大学 通信工程学院,吉林 长春 130012清华大学 精密仪器系,北京 100080吉林大学 电子科学与工程学院 集成光电子全国重点实验室,吉林 长春 130012

信息技术与安全科学

超快激光加工玻璃材料光波导纳米光栅微器件

ultrafast laser processingglass materialsoptical waveguidesnanogratingmicrodevices

《中国光学(中英文)》 2026 (5)

1035-1055,21

国家重点研发计划(No.2024YFB4505100)国家自然科学基金(No.U2541221,No.62571213,No.62175086) Supported by National key R&D Program of China(No.2024YFB4505100)National Natural Science of China(No.U2541221,No.62571213,No.62175086)

10.3724/CO.2026-0047

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