激光对射焊接装置和方法

摘要

本发明公开的一种激光对射焊接装置和方法，涉及激光焊接技术领域。包括激光发生器、第一聚焦镜、第二聚焦镜和样品台，激光发生器用于产生第一脉冲激光和第二脉冲激光，第一玻璃和第二玻璃层叠设置。第一聚焦镜设于激光发生器和第一玻璃之间，第一聚焦镜用于使第一脉冲激光从第一玻璃远离第二玻璃的一侧入射至第一玻璃和第二玻璃之间的间隙处；第二聚焦镜用于使第二脉冲激光从第二玻璃远离第一玻璃的一侧入射至第一玻璃和第二玻璃之间的间隙处；通过第一脉冲激光和第二脉冲激光对射，并在第一玻璃和第二玻璃之间产生等离子体并形成融化物，以焊接第一玻璃和第二玻璃，提高焊接质量和效率。

权利要求

1.一种激光对射焊接装置，其特征在于，包括激光发生器、第一聚焦镜、第二聚焦镜和样品台；

所述激光发生器用于产生第一脉冲激光和第二脉冲激光，所述第一脉冲激光和所述第二脉冲激光分别为超短脉冲激光，所述样品台用于放置第一玻璃和第二玻璃，所述第一玻璃和所述第二玻璃层叠设置；

所述第一聚焦镜设于所述激光发生器和所述第一玻璃之间，所述第一聚焦镜用于使所述第一脉冲激光从所述第一玻璃远离所述第二玻璃的一侧入射至所述第一玻璃和所述第二玻璃之间的间隙处；所述第一脉冲激光用于在所述第二玻璃靠近所述第一玻璃的一侧产生等离子体并融化所述第二玻璃，以焊接所述第一玻璃和所述第二玻璃；

所述第二聚焦镜设于所述激光发生器和所述第二玻璃之间，所述第二聚焦镜用于使所述第二脉冲激光从所述第二玻璃远离所述第一玻璃的一侧入射至所述第一玻璃和所述第二玻璃之间的间隙处；所述第二脉冲激光用于在所述第一玻璃靠近所述第二玻璃的一侧产生等离子体并融化所述第一玻璃，以焊接所述第一玻璃和所述第二玻璃。

2.根据权利要求1所述的激光对射焊接装置，其特征在于，所述第一脉冲激光在所述第一玻璃远离所述第二玻璃的一侧的入射方向与所述第二脉冲激光在所述第二玻璃远离所述第一玻璃的一侧的入射方向位于同一直线上。

3.根据权利要求1所述的激光对射焊接装置，其特征在于，还包括偏振分束镜，所述偏振分束镜设于所述激光发生器和所述样品台之间，所述偏振分束镜用于将所述激光发生器发出的光束分为所述第一脉冲激光和所述第二脉冲激光，所述第一脉冲激光用于经所述第一聚焦镜后从所述第一玻璃入射，所述第二脉冲激光用于经所述第二聚焦镜后从所述第二玻璃入射。

4.根据权利要求3所述的激光对射焊接装置，其特征在于，还包括扩束准直镜，所述扩束准直镜设于所述激光发生器和所述偏振分束镜之间。

5.根据权利要求1所述的激光对射焊接装置，其特征在于，所述激光发生器包括第一发生器和第二发生器，所述第一发生器用于产生所述第一脉冲激光，所述第二发生器用于产生所述第二脉冲激光，所述第一脉冲激光用于经所述第一聚焦镜后从所述第一玻璃入射，所述第二脉冲激光用于经所述第二聚焦镜后从所述第二玻璃入射。

6.根据权利要求1所述的激光对射焊接装置，其特征在于，还包括第一导光镜和第二导光镜，所述第一导光镜设于所述第一聚焦镜远离所述第一玻璃的一侧，所述第二导光镜设于所述第二聚焦镜远离所述第二玻璃的一侧。

7.根据权利要求1所述的激光对射焊接装置，其特征在于，还包括工控机和位移台，所述位移台与所述样品台连接，所述工控机分别与所述激光发生器和所述位移台连接。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的激光对射焊接装置，其特征在于，所述样品台上设有固定夹具，所述第一玻璃和所述第二玻璃安装在所述固定夹具上。

9.一种激光对射焊接方法，其特征在于，用于实现第一玻璃和第二玻璃的焊接，所述第一玻璃和所述第二玻璃层叠设置；所述激光对射焊接方法包括：从所述第一玻璃远离所述第二玻璃的一侧入射第一脉冲激光，所述第一脉冲激光为超短脉冲激光，并使所述第一脉冲激光聚焦于所述第一玻璃和所述第二玻璃之间的间隙处；

所述第一脉冲激光用于在所述第二玻璃靠近所述第一玻璃的一侧产生等离子体并融化所述第二玻璃，以焊接所述第一玻璃和所述第二玻璃；

从所述第二玻璃远离所述第一玻璃的一侧入射第二脉冲激光，所述第二脉冲激光为超短脉冲激光，并使所述第二脉冲激光聚焦于所述第一玻璃和所述第二玻璃之间的间隙处；

所述第二脉冲激光用于在所述第一玻璃靠近所述第二玻璃的一侧产生等离子体并融化所述第一玻璃，以焊接所述第一玻璃和所述第二玻璃。

10.根据权利要求9所述的激光对射焊接方法，其特征在于，从所述第一玻璃远离所述第二玻璃的一侧入射第一脉冲激光的步骤中，所述第一脉冲激光经第一聚焦镜后从所述第一玻璃沿第一方向入射；

从所述第二玻璃远离所述第一玻璃的一侧入射第二脉冲激光的步骤中，所述第二脉冲激光经第二聚焦镜后从所述第二玻璃沿第二方向入射，所述第一方向与所述第二方向位于同一直线上。

说明书

激光对射焊接装置和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及激光焊接技术领域，具体而言，涉及一种激光对射焊接装置和方法。

背景技术

[0002] 激光焊接技术是一种利用高能量密度的激光束作为热源的新型连接技术，具有选择性焊接、无接触、效率高等优点，因而在工程上得到了广泛应用和快速发展。

[0003] 然而该焊接技术用于玻璃焊接却较为困难，因为玻璃对大多数激光而言是透明的，即激光无法与玻璃发生相互作用而沉积能量，若采用不会透过玻璃的激光，如CO2激光
器发出的波长为10.6μm的激光，则激光会在玻璃表面上与其发生相互作用，而无法透过玻
璃在其接触处沉积能量实现焊接。因此利用激光焊接技术对玻璃实施焊接时，需要在玻璃
间隙中插入中间吸收层，或者下层材料为不透光材料，然后采用对玻璃具有透射性波长的
激光，将其聚焦到玻璃接触间隙处，利用中间吸收层或者下层材料对激光的吸收来沉积激
光能量从而实现焊接。这样的焊接方法显然会影响器件的整体透光性能，而且由于异质材
料的引入，热膨胀系数的差异会导致焊缝受到热应力的影响，从而导致焊缝失效。

发明内容

[0004] 本发明的目的包括，例如，提供了一种激光对射焊接装置和方法，其能够直接用于两个玻璃材质的焊接，无需引入不透光材料，对需要焊接的玻璃表面光学要求低，焊接后不
影响产品的透光性能，提高焊接质量和效率。

[0005] 本发明的实施例可以这样实现：

[0006] 第一方面，本发明提供一种激光对射焊接装置，包括激光发生器、第一聚焦镜、第二聚焦镜和样品台；

[0007] 所述激光发生器用于产生第一脉冲激光和第二脉冲激光，所述样品台用于放置第一玻璃和第二玻璃，所述第一玻璃和所述第二玻璃层叠设置；

[0008] 所述第一聚焦镜设于所述激光发生器和所述第一玻璃之间，所述第一聚焦镜用于使所述第一脉冲激光从所述第一玻璃远离所述第二玻璃的一侧入射至所述第一玻璃和所
述第二玻璃之间的间隙处；所述第一脉冲激光用于在所述第二玻璃靠近所述第一玻璃的一
侧产生等离子体并融化所述第二玻璃，以焊接所述第一玻璃和所述第二玻璃；

[0009] 所述第二聚焦镜设于所述激光发生器和所述第二玻璃之间，所述第二聚焦镜用于使所述第二脉冲激光从所述第二玻璃远离所述第一玻璃的一侧入射至所述第一玻璃和所
述第二玻璃之间的间隙处；所述第二脉冲激光用于在所述第一玻璃靠近所述第二玻璃的一
侧产生等离子体并融化所述第一玻璃，以焊接所述第一玻璃和所述第二玻璃。

[0010] 在可选的实施方式中，所述第一脉冲激光在所述第一玻璃远离所述第二玻璃的一侧的入射方向与所述第二脉冲激光在所述第二玻璃远离所述第一玻璃的一侧的入射方向
位于同一直线上。

[0011] 在可选的实施方式中，还包括偏振分束镜，所述偏振分束镜设于所述激光发生器和所述样品台之间，所述偏振分束镜用于将所述激光发生器发出的光束分为所述第一脉冲
激光和所述第二脉冲激光，所述第一脉冲激光用于经所述第一聚焦镜后从所述第一玻璃入
射，所述第二脉冲激光用于经所述第二聚焦镜后从所述第二玻璃入射。

[0012] 在可选的实施方式中，还包括扩束准直镜，所述扩束准直镜设于所述激光发生器和所述偏振分束镜之间。

[0013] 在可选的实施方式中，所述激光发生器包括第一发生器和第二发生器，所述第一发生器和所述第二发生器分设于所述样品台的两侧，所述第一发生器用于产生所述第一脉
冲激光，所述第二发生器用于产生所述第二脉冲激光，所述第一脉冲激光用于经所述第一
聚焦镜后从所述第一玻璃入射，所述第二脉冲激光用于经所述第二聚焦镜后从所述第二玻
璃入射。

[0014] 在可选的实施方式中，还包括第一导光镜和第二导光镜，所述第一导光镜设于所述第一聚焦镜远离所述第一玻璃的一侧，所述第二导光镜设于所述第二聚焦镜远离所述第
二玻璃的一侧。

[0015] 在可选的实施方式中，还包括工控机和位移台，所述位移台与所述样品台连接，所述工控机分别与所述激光发生器和所述位移台连接。

[0016] 在可选的实施方式中，所述样品台上设有固定夹具，所述第一玻璃和所述第二玻璃安装在所述固定夹具上。

[0017] 第二方面，本发明提供一种激光对射焊接方法，用于实现第一玻璃和第二玻璃的焊接，所述第一玻璃和所述第二玻璃层叠设置；所述激光对射焊接方法包括：

[0018] 从所述第一玻璃远离所述第二玻璃的一侧入射第一脉冲激光，并使所述第一脉冲激光聚焦于所述第一玻璃和所述第二玻璃之间的间隙处；所述第一脉冲激光用于在所述第
二玻璃靠近所述第一玻璃的一侧产生等离子体并融化所述第二玻璃，以焊接所述第一玻璃
和所述第二玻璃；

[0019] 从所述第二玻璃远离所述第一玻璃的一侧入射第二脉冲激光，并使所述第二脉冲激光聚焦于所述第一玻璃和所述第二玻璃之间的间隙处；所述第二脉冲激光用于在所述第
一玻璃靠近所述第二玻璃的一侧产生等离子体并融化所述第一玻璃，以焊接所述第一玻璃
和所述第二玻璃。

[0020] 在可选的实施方式中，从所述第一玻璃远离所述第二玻璃的一侧入射第一脉冲激光的步骤中，所述第一脉冲激光经第一聚焦镜后从所述第一玻璃沿第一方向入射；

[0021] 从所述第二玻璃远离所述第一玻璃的一侧入射第二脉冲激光的步骤中，所述第二脉冲激光经第二聚焦镜后从所述第二玻璃沿第二方向入射，所述第一方向与所述第二方向
位于同一直线上。

[0022] 本发明实施例提供的激光对射焊接装置和方法，其有益效果包括，例如：

[0023] 该激光对射焊接装置包括激光发生器、第一聚焦镜和第二聚焦镜，激光发生器发出的第一脉冲激光和第二脉冲激光分别从第一玻璃和第二玻璃的两侧对射，即第一脉冲激
光从第一玻璃一侧入射至第一玻璃和第二玻璃之间的间隙处，第二脉冲激光从第二玻璃一
侧入射至第一玻璃和第二玻璃之间的间隙处。第一脉冲激光在第一聚焦镜的作用下聚焦至
第二玻璃靠近第一玻璃的一侧，并与第二玻璃产生非线性相互作用并产生等离子体，等离
子体对激光的强烈吸收，会对后续的第一脉冲激光产生屏蔽效应，使其无法穿透等离子体
而作用于原来的焦点处。随着激光脉冲数量的增加，等离子体区将呈现从焦点处向第一脉
冲激光的光源方向扩展的现象。同时，等离子体区会通过热扩散效应将能量传递给周围材
料，形成外部的熔融改性区，以焊接第一玻璃和第二玻璃。并且，由于第一脉冲激光和第二
脉冲激光对射，第二脉冲激光在第二聚焦镜的作用下聚焦至第一玻璃靠近第二玻璃的一
侧，并与第一玻璃产生非线性相互作用并产生等离子体，会对后续的第二脉冲激光产生屏
蔽效应，使其无法穿透等离子体而作用于原来的焦点处，使得等离子体区将呈现从焦点处
向第二脉冲激光的光源方向扩展的现象。并通过热扩散效应将能量传递给周围材料，形成
外部的熔融改性区，以焊接第一玻璃和第二玻璃。这种对射焊接装置结构简单，无需在第一
玻璃和第二玻璃之间引入不透光材料，对玻璃焊接表面的光学要求较低，能实现在具有较
大间隙的情况下对第一玻璃和第二玻璃焊接，提高焊接质量和效率。

[0024] 该激光对射焊接方法利用第一脉冲激光和第二脉冲激光从第一玻璃和第二玻璃的两侧分别入射，即形成对射，利用激光与玻璃材料产生非线性相互作用并产生等离子体，
等离子体对激光的强烈吸收，会对后续的激光产生屏蔽效应，使其无法穿透等离子体而作
用于原来的焦点处。随着激光脉冲数量的增加，等离子体区将呈现从焦点处向激光光源方
向扩展的现象。同时，等离子体区会通过热扩散效应将能量传递给周围材料，形成外部的熔
融改性区，以焊接第一玻璃和第二玻璃，这种焊接方法无需在第一玻璃和第二玻璃之间引
入不透光材料，对玻璃焊接表面的光学要求较低，能实现在具有较大间隙的情况下对第一
玻璃和第二玻璃焊接，提高焊接质量和效率，不影响焊接后产品的透光性能。

附图说明

[0025] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对
范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这
些附图获得其他相关的附图。

[0026] 图1为本发明具体实施例提供的激光对射焊接的一种焊接原理示意图；

[0027] 图2为本发明具体实施例提供的激光对射焊接的另一种焊接原理示意图；

[0028] 图3为本发明具体实施例提供的激光对射焊接装置的一种结构示意图；

[0029] 图4为本发明具体实施例提供的激光对射焊接装置的另一种结构示意图。

[0030] 图标：1‑固定夹具；2‑第一脉冲激光；3‑第二脉冲激光；4‑第一玻璃；5‑第二玻璃；6‑激光发生器；7‑扩束准直镜；8‑第一发生器；9‑第二发生器；10‑第一扩束准直镜；20‑第二
扩束准直镜；13‑偏振分束镜；14‑第一导光镜；15‑第一聚焦镜；16‑第二导光镜；18‑第二聚
焦镜。

具体实施方式

[0031] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是
本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施
例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

[0032] 因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通
技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范
围。

[0033] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

[0034] 在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方
位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元
件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0035] 此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0036] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

[0037] 目前，采用传统激光焊接方法需要在两个玻璃之间引入不透光材料，才能进行焊接，这种焊接方式会降低焊接后的产品的透光性能，并且引入的异种材料可能由于热膨胀
系数的差异会导致焊缝受到热应力的影响，从而导致焊缝失效，难以保证焊接质量。

[0038] 本发明实施例提供的一种激光对射焊接装置，可以直接用于两个玻璃材质或两个透明材质的焊接，无需在两个玻璃之间设置不透光材料，焊接效率高。并且对玻璃焊接表面
的光学性能要求低，焊接后不影响产品的透光性能，提高焊接质量，并且在两个玻璃之间有
较大间隙的情况下也能实现两者的焊接，既能满足焊接可靠要求，具有良好的剪切强度，又
能实现焊接后产品的良好的密封性能，应用范围广泛。

[0039] 请参考图1至图4，本实施例提供了一种激光对射焊接装置，包括激光发生器6、第一聚焦镜15、第二聚焦镜18、样品台、位移台和工控机。激光发生器6用于产生第一脉冲激光
2和第二脉冲激光3，样品台用于放置第一玻璃4和第二玻璃5，第一玻璃4和第二玻璃5层叠
设置。第一聚焦镜15设于激光发生器6和第一玻璃4之间，第一聚焦镜15用于使第一脉冲激
光2从第一玻璃4远离第二玻璃5的一侧入射至第一玻璃4和第二玻璃5之间的间隙处；第一
脉冲激光2用于在第二玻璃5靠近第一玻璃4的一侧产生等离子体并融化第二玻璃5，以焊接
第一玻璃4和第二玻璃5。第二聚焦镜18设于激光发生器6和第二玻璃5之间，第二聚焦镜18
用于使第二脉冲激光3从第二玻璃5远离第一玻璃4的一侧入射至第一玻璃4和第二玻璃5之
间的间隙处；第二脉冲激光3用于在第一玻璃4靠近第二玻璃5的一侧产生等离子体并融化
第一玻璃4，以焊接第一玻璃4和第二玻璃5。可选地，本申请中的第一脉冲激光2和第二脉冲
激光3分别为超短脉冲激光，超短脉冲激光主要指激光脉冲宽度小于纳秒的皮秒或飞秒脉
冲激光，适用于接触间隙不大于5微米的玻璃或透光材质的焊接，超短脉冲激光波长可以为
200nm至2000nm，脉宽可以小于或等于12ps，重复率可以大于等于1kHz。

[0040] 需要说明的是，这里的层叠设置既可以是沿竖直方向叠放，如图1所示，叠放后第一玻璃4和第二玻璃5相互接触并大致呈水平方向；也可以沿水平方向叠放，如图2所示，叠
放后第一玻璃4和第二玻璃5相互接触并大致呈竖直方向。当然，叠放后的第一玻璃4和第二
玻璃5也可以相对水平方向具有一定的倾斜角度，这里不作具体限定。可选地，样品台上设
有固定夹具1，用于安装夹紧第一玻璃4和第二玻璃5。叠放后的第一玻璃4和第二玻璃5之间
的间隙小于5微米，比如1微米、2微米、3微米或4微米等均可采用本实施例提供的激光对射
焊接装置进行焊接。第一玻璃4和第二玻璃5可以是同种材质，也可以是异种材质。第一玻璃
4和第二玻璃5之间的待焊接表面无需进行特殊的光学处理，降低了对玻璃表面质量的要
求，无需光学接触条件，可直接进行焊接。

[0041] 进一步地，第一脉冲激光2在第一玻璃4远离第二玻璃5的一侧的入射方向与第二脉冲激光3在第二玻璃5远离第一玻璃4的一侧的入射方向位于同一直线上。即第一脉冲激
光2在接触间隙的聚焦点和第二脉冲激光3在接触间隙的聚焦点位于同一点，当然，在其它
可选的实施方式中，第一脉冲激光2和第二脉冲激光3在接触间隙中的聚焦点也可以位于不
同的位置，即两侧的入射方向也可以不在同一直线上；此外，第一脉冲激光2在第一玻璃4一
侧的入射角可以是0度至90度，第二脉冲激光3在第二玻璃5一侧的入射角可以是0度至90
度。本实施例中，第一脉冲激光2以大致垂直于第一玻璃4表面的角度入射，第二脉冲激光3
以大致垂直于第二玻璃5表面的角度入射，这里不作具体限定。

[0042] 可选地，第一脉冲激光2和第二脉冲激光3可以通过同一个激光发生器6产生，也可以通过两个激光发生器6分别产生。如图3所示，若第一脉冲激光2和第二脉冲激光3通过同
一个激光发生器6产生，则在激光发生器6和第一玻璃4之间设有偏振分束镜13，即偏振分束
镜13设于激光发生器6和样品台之间，偏振分束镜13用于将激光发生器6发出的光束分为第
一脉冲激光2和第二脉冲激光3。为了对激光发生器6发出的激光的光束直径和发散角进行
调整，以优化光路结构，本实施例在激光发生器6和偏振分束镜13之间还设有扩束准直镜7。
并且，在偏振分束镜13和第一聚焦镜15之间还设有第一导光镜14，以调整第一脉冲激光2的
入射方向，第一聚焦镜15用于调整第一脉冲激光2的聚焦点，以最大限度发挥第一脉冲激光
2的能量用于焊接。在偏振分束镜13和第二聚焦镜18之间还设有第二导光镜16，以调整第二
脉冲激光3的入射方向，第二聚焦镜18用于调整第二脉冲激光3的聚焦点，以最大限度发挥
第二脉冲激光3的能量用于焊接。容易理解，根据激光发生器6、偏振分束镜13、第一玻璃4和
第二玻璃5的相对位置关系，第一导光镜14和第二导光镜16的数量和位置均可以灵活调整，
数量可以是一个或多个，这里不作具体限定。

[0043] 这样，激光发生器6发出的光束经扩束准直镜7到达偏振分束镜13，由偏振分束镜13分为第一脉冲激光2和第二脉冲激光3，第一脉冲激光2依次经过一个第一导光镜14和第
一聚焦镜15，从第一玻璃4表面入射至第一玻璃4和第二玻璃5的接触间隙处，形成第一光
路。进一步地，第一光路中，第一导光镜14相对水平方向呈135度角设置，使第一脉冲激光2
在第一导光镜14处发生90度偏折，以垂直方向经第一聚焦镜15入射至第一玻璃4一侧。第二
脉冲激光3依次经过两个第二导光镜16和第二聚焦镜18，从第二玻璃5表面入射至第一玻璃
4和第二玻璃5的接触间隙处，形成第二光路。进一步地，第二光路中，两个第二导光镜16间
隔设置，靠近偏振分束镜13的第二导光镜16(第一个第二导光镜16)相对水平方向呈135度
角设置，使第二脉冲激光3在第一个第二导光镜16处发生90度偏折，射向第二个第二导光镜
16(靠近第二聚焦镜18的第二导光镜16)，第二个第二导光镜16相对水平方向呈45度角设
置，使第二脉冲激光3在第二个第二导光镜16处发生90度偏折，以垂直方向经第二聚焦镜18
入射至第二玻璃5一侧。容易理解，若将激光发生器6的与样品台的相对位置进行适当调整，
也可以省略第一导光镜14或第二导光镜16，这里不作具体限定。

[0044] 如图4所示，若第一脉冲激光2和第二脉冲激光3通过两个激光发生器6产生，则激光发生器6包括第一发生器8和第二发生器9，第一发生器8用于产生第一脉冲激光2，第二发
生器9用于产生第二脉冲激光3。可选地，第一发生器8和第二发生器9分设于样品台的两侧，
即第一发生器8位于第一玻璃4一侧，第二发生器9位于第二玻璃5一侧。第一发生器8与第一
玻璃4之间依次设有第一扩束准直镜10、两个第一导光镜14和一个第一聚焦镜15，第一发生
器8发出的第一脉冲激光2经第一扩束准直镜10后到达第一个第一导光镜14，该第一导光镜
14相对水平方向呈135度角设置，使第一脉冲激光2在第一个第一导光镜14处发生90度偏
折，再射向第二个第一导光镜14，第二个第一导光镜14相对水平方向呈135度角设置，使第
一脉冲激光2在第二个第一导光镜14处发生90度偏折，经第一聚焦镜15后垂直入射至第一
玻璃4一侧。第二发生器9与第二玻璃5之间依次设有第二扩束准直镜20、两个第二导光镜16
和一个第二聚焦镜18，第二发生器9发出的第二脉冲激光3经第二扩束准直镜20后到达第一
个第二导光镜16，该第二导光镜16相对水平方向呈45度角设置，使第一脉冲激光2在第一个
第一导光镜14处发生90度偏折，再射向第二个第二导光镜16，第二个第一导光镜14相对水
平方向呈45度角设置，使第二脉冲激光3在第二个第二导光镜16处发生90度偏折，经第二聚
焦镜18后垂直入射至第二玻璃5一侧。需要说明的是，若对第一发生器8的布设位置进行调
整，使得第一发生器8发出的第一脉冲激光2垂直于第一玻璃4表面或以实际所需的预设角
度入射，则可以省略第一导光镜14的设置。同理，若对第二发生器9的布设位置进行调整，使
得第二发生器9发出的第二脉冲激光3垂直于第二玻璃5表面或以实际所需的预设角度入
射，则可以省略第二导光镜16的设置。

[0045] 可选地，样品台上设有固定夹具1，第一玻璃4和第二玻璃5安装在固定夹具1上。位移台与样品台连接，用于调整样品台的位置。工控机分别与激光发生器6和位移台连接，并
用于控制激光发生器6发出第一脉冲激光2和第二脉冲激光3，控制位移台移动，调整第一脉
冲激光2的频率、单脉冲能量以及在第一玻璃4表面的入射角度和速度等，调整第二脉冲激
光3的频率、单脉冲能量以及在第二玻璃5表面的入射角度和速度等，实现自动、快速、精准
的焊接。

[0046] 本发明实施例提供的激光对射焊接装置，其工作原理如下：

[0047] 以图1所示的水平状态放置的第一玻璃4和第二玻璃5为例，第一玻璃4为上层玻璃，第二玻璃5为下层玻璃。第一脉冲激光2从第一玻璃4一侧表面入射至第一玻璃4和第二
玻璃5之间的接触间隙处，第一脉冲激光2采用超短脉冲激光，第一脉冲激光2在第一聚焦镜
15的作用下聚焦至第二玻璃5靠近第一玻璃4的一侧，并与第二玻璃5产生非线性相互作用
并产生等离子体，等离子体对激光具有强烈的吸收特性，会对后续的第一脉冲激光2产生屏
蔽效应，使其无法穿透等离子体而作用于原来的焦点处，因而后续第一脉冲激光2的作用点
就会高于之前的聚焦点，这又会导致该处再次被激光诱导产生等离子体。随着激光脉冲数
量的增加，等离子体区将呈现从聚焦点处向第一脉冲激光2光源方向扩展的现象，即等离子
体区域的扩展方向为第二玻璃5靠近第一玻璃4的一侧往第一玻璃4靠近第二玻璃5的一侧
蔓延。同时，等离子体区会通过热扩散效应将能量传递给周围材料，形成外部的熔融改性
区，融化第一玻璃4和第二玻璃5，在第一脉冲激光2和等离子体的双重作用下构成了水滴状
双结构作用区，该双结构作用区域的最下端为第一脉冲激光2的聚焦点位置。因此，采用超
短脉冲激光聚焦于玻璃接触间隙处实施焊接时，激光作用区总是从下层玻璃开始向光源处
发展，通过下层玻璃材料产生的凸起或者喷溅来实现上下层玻璃之间的连接，即第一脉冲
激光2的作用区从第二玻璃5靠近第一玻璃4一侧表面向第一脉冲激光2的光源处发展，以焊
接第一玻璃4和第二玻璃5。

[0048] 类似地，第二脉冲激光3从第二玻璃5一侧入射，其作用原理与第一脉冲激光2一致，第二脉冲激光3的作用区从第一玻璃4靠近第二玻璃5一侧表面向第二脉冲激光3的光源
处发展，通过第一玻璃4材料产生的凸起或者喷溅来实现焊接第一玻璃4和第二玻璃5。容易
理解，由于焦点处产生的熔融物非常有限，因而能够连接的间隙也有限。本实施例中采用第
一脉冲激光2和第二脉冲激光3对射，在聚焦点处产生更多的熔融物，能实现更大间隙的焊
接，适用范围更广。

[0049] 本发明实施例还提供一种激光对射焊接方法，用于实现第一玻璃4和第二玻璃5的焊接，第一玻璃4和第二玻璃5层叠设置，激光对射焊接方法包括：

[0050] 从第一玻璃4远离第二玻璃5的一侧入射第一脉冲激光2，并使第一脉冲激光2聚焦于第一玻璃4和第二玻璃5之间的间隙处；第一脉冲激光2用于在第二玻璃5靠近第一玻璃4
的一侧产生等离子体并融化第二玻璃5，以焊接第一玻璃4和第二玻璃5；从第二玻璃5远离
第一玻璃4的一侧入射第二脉冲激光3，并使第二脉冲激光3聚焦于第一玻璃4和第二玻璃5
之间的间隙处；第二脉冲激光3用于在第一玻璃4靠近第二玻璃5的一侧产生等离子体并融
化第一玻璃4，以焊接第一玻璃4和第二玻璃5。采用第一脉冲激光2和第二脉冲激光3对射的
方式，第一脉冲激光2和第二脉冲激光3采用超短脉冲激光，可以在第一玻璃4和第二玻璃5
之间形成更多的等离子体以及熔融物，实现更大间隙的玻璃焊接，焊接质量可靠，具有良好
的剪切性能和密封性能。并且无需引入不透光材质，降低了对玻璃表面质量的要求，无需光
学接触条件，焊接更加高效，不影响焊接后产品的透光性能。

[0051] 可选地，第一脉冲激光2经第一聚焦镜15后从第一玻璃4沿第一方向入射至第一聚焦点，第二脉冲激光3经第二聚焦镜18后从第二玻璃5沿第二方向入射至第二聚焦点，第一
方向和第二方向位于同一直线上，第一聚焦点和第二聚焦点可以是同一点或不同点，当然，
第一方向和第二方向也可以不在同一直线上；第一玻璃4和第二玻璃5可以是同种材质，也
可以是不同材质，这里不作具体限定。进一步地，本实施例中，第一脉冲激光2垂直于第一玻
璃4表面入射，第二脉冲激光3垂直于第二玻璃5表面入射，以充分发挥第一脉冲激光2和第
二脉冲激光3的能量，使其在第一聚焦点和第二聚焦点处沉积的能量更充分，产生更多的熔
融物，提高焊接质量，适用更大间隙的第一玻璃4和第二玻璃5的焊接，增强焊接后产品的剪
切性能和密封性能。

[0052] 以具体的实施例进行说明如下：

[0053] 实施例1

[0054] 待焊接的玻璃样品即第一玻璃4和第二玻璃5均为钠钙玻璃，利用固定夹具1将其接触间距压至约为2μm，所用超短脉冲激光波长为1030nm，脉宽为350fs，重复率1MHz、单脉
冲能量0.6μJ、速度20mm/s，经测试，焊接后的产品可承受约20Kg的推拉力，气密性可达5×
‑10 3
10 Pa.m/s，表明样品具备良好的剪切强度和密封性能。

[0055] 实施例2

[0056] 待焊接的玻璃样品即第一玻璃4和第二玻璃5均为D263硼硅玻璃，利用固定夹具1将其接触间距压至约为3μm，所用超短脉冲激光波长为1030nm，脉宽为350fs，重复率1MHz、
单脉冲能量1μJ、速度24mm/s，经测试，焊接后的产品可承受约15Kg的推拉力，气密性可达2
‑10 3
×10 Pa.m/s，表明样品具备良好的剪切强度和密封性能。

[0057] 实施例3

[0058] 待焊接的玻璃样品中，第一玻璃4为D263硼硅玻璃，第二玻璃5为石英玻璃，利用固定夹具1将其接触间距压至约为2μm，所用超短脉冲激光波长为1030nm，脉宽为350fs，重复
率1MHz、单脉冲能量1μJ、速度12mm/s，经测试，焊接后的产品可承受约25Kg的推拉力，气密
‑10 3
性可达8×10 Pa.m/s，表明样品具备良好的剪切强度和密封性能。

[0059] 由此可以看出，通过本实施例提供的激光对射焊接装置和方法，能够适用于较大间隙即小于或等于5微米的玻璃焊接，降低了对玻璃表面质量的要求，无需光学接触条件，
并具有良好的剪切强度和密封性能。无需单独引入不透光材料，提高了焊接效率和质量，同
时降低了焊接工艺要求及焊接成本。

[0060] 综上所述，本发明实施例提供了一种激光对射焊接装置和方法，具有以下几个方面的有益效果：

[0061] 该激光对射焊接装置和方法，采用超短脉冲激光从两个待焊接玻璃(第一玻璃4和第二玻璃5)的两侧分别入射，即激光对射的方式，增加了第一玻璃4和第二玻璃5之间的熔
融物，适用于具有较大间隙的两个玻璃的焊接，无需引入不透光材质，不会影响焊接后产品
的透光性能，降低了对玻璃表面质量的要求，无需光学接触条件，并且焊接后的产品具有良
好的剪切强度和密封性能，应用范围广，具有极大的推广应用价值。

[0062] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应
涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为
准。