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雷射焊接在介電材料微結構組裝的研究與應用

為了解決bat中文棒球的問題，作者侯軒雅 這樣論述：

利用雷射對玻璃材料內部改質(Internal modification)，可運用於微流道元件、光通訊波導與介電質材料焊接等光學元件的製作。我們使用波長355 nm的奈秒雷射對B-270和Soda-lime內部改質，使用工具顯微鏡(Measuring microscope)觀察參數變化對改質區形貌的影響。研究結果顯示，要觀察到雷射對玻璃內產生的改質區，每發雷射能量要大於4.54 µJ。隨著雷射能量、脈衝重複率或脈衝發數增加，改質區長度與寬度也隨之增加，形貌從點狀逐漸拉長成棒球棍狀，改質區主要由電漿形成，大小改變之關鍵參數為脈衝能量。此外，我們發現脈衝發數對改質區長度的影響有一閾值，雷射能量與脈

衝重複率皆會影響到該發數閾值，當脈衝發數大於閾值時，改質區大小不再繼續增加。最後，我們發現有些改質區頂端有黑點產生，影響到改質區寬度的變化。本研究也發現適當的加熱樣品，對於裂紋的移除，以及改質區大小的增加有良好的效果。在充分了解此雷射對材料的影響後，我們改變玻璃相對於雷射的移動速度，進行非線性吸收率(Nonlinear absorptivity)測量，觀察不同速度、脈衝能量和脈衝重複率對改質區分佈密度與吸收率的影響。實驗結果顯示，非線性吸收率隨著雷射能量增加而隨之增加，最後會達到一個飽和值，吸收率最高可達約50%。透過非線性吸收率的實驗，我們挑選出較高能量連續性的參數，低移動速度與高脈衝重複率

，進行B-270和Soda-lime焊接實驗，高能量連續性可以有效的減少焊接時產生的裂紋。進行焊接實驗時，我們將B-270放置於Soda-lime上方，因B-270對波長355 nm具有較高的穿透率，我們使雷射穿過B-270聚焦於Soda-lime頂端，利用雷射作為局部熱源將兩玻璃材料融化後進行焊接。我們也透過剪力試驗(Shear test)，測試點焊與線焊之焊接強度，本研究設計了一特殊的夾治具，使脆性焊接樣品也可以做剪力試驗分析。最後我們利用共軛焦顯微鏡(Confocal microscopy)測量材料經剪力試驗後的破壞深度、用SEM(Scanning Electron Microscope

)觀察焊接處的表面形貌，也利用EDS(Energy-dispersive X-ray spectroscopy)分析焊接處的元素組成。結果顯示，點焊的焊接強度較好，落在20至26 MPa間，線焊有較多裂紋產生，因此焊接強度較弱，落在1至2.5 MPa間。