激光内雕的基本知识介绍

激光内雕（Laser Engraving）技术是将脉冲强激光在玻璃体内部聚焦，产生微米量级大小的汽化爆裂点，通过计算机控制爆裂点在玻璃体内的空间位置，构成绚丽多姿的立体图像。它是目前国际上最先进、最流行的玻璃内雕刻加工方法。图14-23 所示为水晶内雕工艺品。

图14-23　水晶内雕工艺品

（a）玫瑰内雕作品；（b）大雁塔内雕作品

1.激光内雕的基本原理

激光要能雕刻玻璃，它的能量密度必须大于使玻璃破坏的某一临界值，或称阈值。而激光在某处的能量密度与它在该点光斑的大小有关，同一束激光，光斑越小的地方产生的能量密度越大。这样，通过适当聚焦，可以使激光的能量密度在进入玻璃及到达加工区之前低于玻璃的破坏阈值，而在希望加工的区域则超过这一临界值，激光在极短的时间内产生脉冲，其能量能够在瞬间使水晶受热破裂，从而产生极小的白点，在玻璃内部雕出预定的形状，而玻璃或水晶的其余部分则保持原样完好无损。

激光内雕机原理并不是光的干涉现象，而是因为聚焦点处的激光强度足够高，透明材料虽然在一般情况下对激光是透明的，不吸收激光能量，但是在足够高的光强下会产生非线性效应，短时间内吸收大量能量从而在焦点处产生微爆裂，大量微爆裂点即形成内雕图案。

2.常见的激光内雕技术

根据激光内雕原理的不同，激光内雕技术可分为白色激光内雕技术、单色着色激光内雕技术和多色着色激光内雕技术。

（1）白色激光内雕技术

传统的白色激光内雕的原理主要是利用纳秒脉冲激光器（通常是钇铝石榴石激光的基频，倍频或3 倍频），把激光聚焦在水晶内部，然后通过扫描实现三维激光内雕。要实现激光雕刻，在玻璃中激光聚焦点的激光能量密度必须大于使水晶玻璃破坏的临界值，称为“损伤阈值”。而激光在该处的能量密度与它在该点光斑的大小有关。对于同一束激光来说，光斑越小，所产生的能量密度越大。通过聚焦，可以使激光的能量密度在到达要加工区之前低于玻璃的破坏阈值，而在希望加工的区域则超过这一临界值。脉冲激光的能量可以在瞬间使玻璃受热炸裂，从而产生毫米至微米数量级的微裂纹（微裂纹对光的散射而呈白色），然后通过已经设定好的计算机程序控制在玻璃内部雕刻出特定的形状，玻璃的其余部分则保持原样。

（2）单色着色激光内雕技术

白色激光内雕饰品虽有形却无颜色，故着色的玻璃内雕成为发展的必然趋势。人们开发了采用脉冲宽度为纳秒至飞秒的激光着色内雕技术，由于聚焦激光的焦点附近具有超高的电场强度，即使材料在激光的波长处不存在本征吸收，也会因激光诱导的多光子吸收、多光子离子化等非线性反应，而实现空间高度选择性的微结构改性，并赋予材料独特的光功能。通过空间选择性色心控制、离子价态操控以及纳米粒子析出，即可以实现激光水晶着色内雕。

（3）多色着色激光内雕技术

多色着色激光内雕是在金离子掺杂的硅酸盐玻璃中，通过改变激光作用时间和激光功率来控制金纳米颗粒的尺寸分布，从而改变样品颜色及光学非线性。激光作用时间长，金纳米表面等离子体共振产生的吸收峰位置红移，呈现金纳米粒子量子尺寸效应；随着激光输出功率增大，吸收系数增大，表面等离子体共振产生的峰向短波方向移动，呈现出不同颜色。

3.激光内雕设备

高精度激光内雕机是以激光机将一定波长的激光打入水晶内部，令水晶内部的特定部位发生细微的爆裂形成气泡，从而勾勒出预置形状的一种水晶加工工艺。图14-24 所示为镭神CLS532 高精度激光内雕机，表14-4 所示为激光内雕机的主要参数。

图14-24　镭神CLS532 高精度激光内雕机(www.xing528.com)

表14-4　激光内雕机主要参数

4.激光内雕软件

（1）布点软件

Dots cloud 布点软件为设备自带软件，它是内雕机系列产品所开发的一套算点软件，此软件具有较高的稳定性，主要用在内雕系列产品上。该软件可以导入DXF、BMP、JPG、OBJ 等文件格式进行处理，并将其转化成激光内雕设备可以识别的点云模型。该布点软件主界面可以同时显示三维图形在XY、YZ、XZ 平面的投影以及整个立体图形。

布点软件有4 个功能模块：

1）普通DXF 文件算点模块，通常处理普通三维模型和点云文件编辑合并文件；

2）贴图OBJ 文件算点模块，通常处理仿真三维模型文件；

3）图片JPG、BMP 文件算点模块，通常处理普通数码相机照片文件；

4）点云文件编辑合并模块，通常处理编辑算好点的DXF 文件。

（2）优化雕刻软件

优化雕刻软件为设备自带软件，软件的主界面可分为几个部分，首先是标题栏，接下来是菜单栏和工作栏，黑色区域为加工文件的显示界面，如图14-25 所示。

图14-25　优化雕刻软件主界面