水导激光的基本原理是水束全反射导引激光光源，该原理如图1所示。激光束通过透窗聚焦到耦合水腔底部的喷嘴，与细如发丝的水束耦合并在水束与空气界面发生全反射（水束即为水光纤），实现激光传导。激光束照射到工件上以熔融和汽化方式烧蚀去除材料。其中，纯净水以5至60MPa压力注入耦合腔体内。喷嘴直径一般为20至150μm。水导激光技术的性能异于传统激光。首先，圆柱状水射流导引激光，因此切割面是陡直的，不是斜坡。工作距离可以超过10厘米。这样长的工作距离是昂贵的聚焦控制光学器件无法达到的。其二，水导激光防止了对材料的热损伤。其三，污染物大为减少。水射流有效地去除激光烧蚀作用产生的熔融物。在切割薄片的过程中，一层薄水膜覆盖于表面从而避免了颗粒物沉积的污染。水射流作用的机械力小于0.1N，切割过程不会产生碎屑或微裂纹。

水导激光加工技术利用水束传导激光束及其冷却、冲击效应，加工中具有热影响区小、无需实时调焦、切槽平行、深宽比大等优点，在IC、MEMS、3C产品、LED、光伏和光学元器件等领域的高熔点、高脆硬性、高熔点差复合材料等难加工材料的高精度、高效率及低损伤加工中被广泛应用，尤其是针对制造芯片的战略性第三代半导体材料SiC等的划切设备。然而，水导激光中，采用传统的凸透镜聚焦激光束，存在精密调焦、光束离焦发散角、光学系统像差等问题，耦合失准易烧灼喷嘴，使装备成本提高，不利于设备生产和推广。

该方向致力于高精度、低损伤、高效的水导激光加工技术展开研究。紧紧围绕稳定高压供液系统、生成稳定水束光纤的耦合装置设计、高质量聚焦光束及耦合光纤技术、水-光束耦合检测分析等关键核心问题及相关装备开发展开研究。本团队围绕水导激光技术装备开发，进行了系统的研究。建立了稳定高压供液系统、掌握了稳定水束光纤机理、实现了生成稳定水束光纤的耦合装置、完成了水-光束耦合及对中检测、建立了高容忍度耦合的聚焦光束方案及系统搭建、开展了水导激光加工材料的初步实验。目前，水导激光加工技术装备已完成实验样机。该方向获得国家基金3项，其他项目多项，发表论文30多篇，专利20多项。后期会不定期更新及发布FLUENT流场数值模拟、ZEMAX光学设计仿真、液压系统控制及成像检测等知识，不定期分享水导激光加工研究过程中积累的经验、心得体会及相关内容，欢迎广大科研学者订阅、学习及交流。

特种材料激光加工技术团队在完成水导激光中稳定高压供液系统、稳定水束光纤生成及水-光束耦合等关键核心技术的基础上，利用无衍射激光束在无衍射区具有接近平行光束的极小发散角，长度达几十到几百mm，焦深范围大，中心光斑小（可达波长量级），准直范围长的特点，通过凹、凸轴棱锥镜组实现可调制生成无衍射激光束，降低水导激光中水-光束耦合难度，实现轴向高容忍度水-光束耦合；延伸无衍射光束沿光轴传输向的起始位置，提高了无衍射范围的耦合利用率，解决单凸轴棱锥镜因小锥角加工精度高的要求，提高了聚焦光机系统的稳定性、可互换性及协调性。研究中，采用生成的无衍射激光束耦合水束光纤，获得了无衍射激光束在长度50mm、70mm的无衍射范围内成功耦合水束光纤，传输20mm距离后，耦合效率、传输光斑形态和峰值功率密度基本一致，中心光斑耦合效率约为81%，验证了在无衍射范围内的轴向随机耦合特性。