楊宏智臺灣大學：機械工程學研究所黃欣怡Huang, Hsin-YiHsin-YiHuang2007-11-282018-06-282007-11-282018-06-282006http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/61306二十一世紀是高科技產品嶄露頭角的一個世代，各先進國家投入大量時間在微機電系統上，嘗試研發出適合的精密加工技術。隨著科技與工業的發展，業界需要在硬脆性材料上進行切割、鑽孔或表面微結構的加工。使用化學蝕刻方式加工具有高精度與微細化之優點，但是製程複雜且加工效率太慢；機械式加工因為具有高效率，是目前的主流加工方式。但是近幾年由於機械式加工在精度和微細化方面逐漸無法滿足產業界需求，因此業界開始嘗試雷射加工技術來取代機械加工方式。 雷射加工具有光熱加工與光化學加工兩種機制，光化學加工技術以光子直接打斷材料的化學鍵的方式移除材料，被去除的材料未歷經高溫熔解和汽化過程，加工精度和解析度勝過光熱機制加工的方式。而飛秒雷射的脈衝時間極短，具有光化學加工機制，目前國內尚未有飛秒雷射在加工方面的討論，但是國外已有加工機台的產出，表示極具發展的潛力。為了更了解飛秒雷射，本研究針對其基本加工特性進行實驗，並和業界常用的 Nd：YVO4 雷射做比較、分析，於最後提出了未來飛秒雷射在加工領域可以應用的範圍，期望能對提升國內的加工品質有所助益。The 21st century is high-tech generation with products containing various kinds of micro-structures and micro-components. With the development of associated manufacturing technology, the industry needs, in many occasions, to carry out the processing of micro-structure on brittle materials. The use of chemistry-etching has the advantage on high accuracy, but its process is complex and has low efficiency. Now the trend is to attempt use of the laser machining to replace the conventional ways. The material removal by laser micro-machining have two kinds: photothermal and photochemical mechanisms. The processing via photochemical mechanism moves materials in a way that photons break the chemical bonds of the material directly without the high temperatures accompanied, and the machining accuracy will be much higher than that via photothermal mechanism. The femtosecond laser has a characteristic of extremely short pulse, whose working mechanism falls to photochemical category. The research on femtosecond laser applications has not been widely carried out at present, but showing great potentiality. In order to grasp its characteristics, this research was planned on the fundamental investigation and comparison was made with the Nd:YVO4 laser resualts which widely applied in industry.中文摘要 I 英文摘要 II 誌謝 III 目錄 IV 圖目錄 VIII 表目錄 X 第一章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 研究應用方向 3 1.2.1 導光板 3 1.2.2 心血管支架 5 1.3 研究方法 6 1.4 論文架構 8 第二章 相關文獻探討及原理回顧 9 2.1 文獻回顧 9 2.2 雷射的發展史 11 2.3 雷射組成原理 12 2.3.1 激勵系統 13 2.3.2 活性介質 14 2.3.3 光學共振腔 15 2.3.4 輔助裝置 15 2.4 雷射加工剝蝕機制 18 2.4.1 光化學作用 19 2.4.2 光熱作用 20 2.4.3 遮罩效應 20 2.4.4 小孔效應 21 2.5 雷射加工參數對加工之影響 22 2.5.1 能量密度對加工效率及品質的影響 22 2.5.2 脈衝重覆率對加工效率及品質的影響 23 2.5.3 脈衝時間對加工品質影響 24 2.6 雷射之種類、特性與實際運用 25 第三章 Nd：YVO4雷射加工 27 3.1 Nd：YVO4 雷射加工原理 27 3.2 實驗參數規劃與設計 29 3.2.1 實驗參數之選定 29 3.2.2 實驗設計 31 3.3 加工材料介紹 32 3.3.1 不鏽鋼 32 3.3.2 PMMA 33 3.4 實驗儀器介紹 34 3.4.1 Nd：YVO4 雷射加工機 34 3.4.2 研磨拋光機 36 3.4.3 光學顯微鏡 36 3.4.4 掃瞄式電子顯微鏡 37 3.4.5 白光干涉儀 39 3.5 實驗步驟 41 第四章 飛秒雷射加工 42 4.1 飛秒雷射加工原理 43 4.1.1 光化學加工機制 43 4.1.2 電漿遮蔽效應 45 4.2 實驗參數規劃與設計 46 4.2.1 實驗參數 46 4.2.2 實驗規劃 49 4.3 實驗程序 50 4.3.1 飛秒雷射系統介紹 50 4.3.2 光學鏡片架設 52 4.3.3 實驗步驟 53 第五章 實驗結果與分析 54 5.1 加工結果的參數設定 54 5.2 Nd：YVO4 雷射加工結果 55 5.2.1 加工重覆性 55 5.2.2 脈衝重覆頻率對加工效率的影響 56 5.2.3 材料性質對加工效率的影響 58 5.2.4 表面粗糙度對加工效率的影響 59 5.3 飛秒雷射加工結果 60 5.3.1 加工重覆性 61 5.3.2 脈衝平均功率對加工效率的影響 61 5.3.3 材料性質對加工效率的影響 63 5.3.4 表面粗糙度對加工效率的影響 65 5.4 加工表面形貌觀察 66 第六章 結論及未來展望 68 6.1 結論 68 6.1.1 Nd：YVO4雷射加工 68 6.1.2 飛秒雷射加工 69 6.2 未來展望 69 附錄 71 參考文獻 80 作者簡歷 843080059 bytesapplication/pdfen-US飛秒雷射加工Nd：YVO4雷射加工Femtosecond laser machiningNd:YVO4 laser machiningthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/61306/1/ntu-95-R93522702-1.pdf