本文着重探讨了水导激光加工过程中的激光与液束耦合原理及加工效果，分析了体加热激光切割玻璃过程中的温度场和应力场，以及曲线切割和多层玻璃激光切割技术。针对两种非常规激光加工技术——水导激光加工和体加热激光切割玻璃技术，进行了理论分析及仿真技术研究，建立了两种加工技术的实验系统，利用该系统进行大量的实验研究，获得了较好的加工效果，为实际加工奠定了理论及实验基础。
引言
目前，激光切割、激光焊接等常规激光加工技术在工业领域的广泛应用基本上是依靠其与材料作用产生高温，使材料熔化或气化，从而达到加工的目的。所带来的问题主要有：（1）加工区产生热影响变质层，该变质层与基体材料的物理和机械特性有很大不同，对加工零件部件的应用有很大影响；（2）加工区易残留熔屑，影响加工质量；（3）加工盲孔或盲槽时熔屑不易排出，很难实现微结构的加工；（4）加工精度和表面质量较低，难以实现高质量加工；（5）在薄板上进行大面积多孔加工时易产生热变形；（6）加工硬脆材料时，加工区易产生微裂纹。上述问题对激光加工技术在工业领域的广泛应用产生了一定的局限性。
针对上述问题，开展了水导激光加工技术和体加热激光玻璃切割技术的研究，这些新技术可以弥补上述常规激光加工所存在的问题，突破其局限，拓宽激光加工技术的应用领域。
水导激光加工
水导激光原理及其特点
水导激光（water-jetguidedlaser）是以微细水流为介质的光纤系统，以水流引导高能激光对工件进行加工的新技术。由于水和空气的折射率不同，稳定的水流与空气界面分布清晰，水流中的激光束在水的内表面发生全反射，使激光能量限制在水束中，经过多次全反射后形成截面能量均匀分布的能量束。
该技术的特点有：
（1）由于水射流冷却，热影响区小、热残余应力小、微裂纹少；
（2）由于冲刷作用明显减少熔融重凝物；
（3）对离焦量的变化不敏感，可切割复杂表面材料和多层材料，切缝锥度很小；
（4）加工区域的激光能量分布均匀；
（5）可加工盲槽（孔）和三维结构。
该技术非常适合进行微细结构的加工，如硅片的划切、医疗器械和电子产品中微结构的加工和mems中的微结构和微零件的加工等。
关键技术
激光与水束耦合技术
（1）激光与水束耦合传输
激光输入水束有两种轨迹：一种称为子午光线（也称傍轴光线），指入射光线通过水束轴线；另一种不通过水束轴线，称作斜射光线。子午光线的轨迹始终在包含光纤光轴的主截面内，在水束界面不断发生争反射，形成曲折光路，产生全反射的条件是入射角必须大于临界入射角。斜射光线和水束中心不在一个平面内，和水束中心轴是异面直线，因而，斜射光线在水束中经过多次反射后光路轨迹是与水束中心轴线等距的空间螺旋折线。在斜射光线轨迹中，选择合适的光线与水束中心的偏移量，可使激光能量在水束中的分布均匀。
（2）激光在水束中传输的能量损失
激光经过水层传输过程中有能量损失，激光峰值功率越高其能量损失也越大。
（3）水束光纤生成技术
要生成较为理想的水束光纤，形成水束的质量非常关键。影响水束质量的主要因素有耦合腔入水与出水状态，喷孔质量与几何形状和水的压力等。耦合腔中水的流场如果处于不对称分布，不仅影响水束质量，同时，激光束通过水层时会产生微小偏移，影响激光与喷孔的对准。用仿真的方法对耦合腔入水方式的研究结果发现，采用8入口的耦合装置、水腔的上下表面平行度出现偏差，对流场的稳定性影响也很小，降低了耦合装置的制造难度。喷孔的几何形状对水束质量的影响如图5所示。形成返流时水束的质量，要求喷孔上表面有较小的表面粗糙度，喷孔入口尖角半径（r）要很小。
水导数光加工系统
所建系统由激光器、工作台、耦合系统、高压供水系统和加工过程检测系统所组成。
激光器为英国lumonics公司的jk702hyag激光器。工作台为三维数控工作台。耦合系统中包括可实现三轴微调的耦合装置和光学对准系统，可实现激光束与喷孔准确对准。