摘要：水导激光加工技术，又称激光微射流技术，是一种将高能激光与高压微水束完美结合的先进加工方法。其核心原理基于光的全内反射现象，利用水和空气的折射率差异，使激光束在水束中稳定传输，如同在光纤中传播一般。这项技术不仅实现了高精度、低热损伤的材料加工，还解决了传统激光加

水导激光加工技术，又称激光微射流技术，是一种将高能激光与高压微水束完美结合的先进加工方法。其核心原理基于光的全内反射现象，利用水和空气的折射率差异，使激光束在水束中稳定传输，如同在光纤中传播一般。这项技术不仅实现了高精度、低热损伤的材料加工，还解决了传统激光加工中热影响区大、表面质量差等难题，在航空航天、半导体、医疗器械等高端制造领域展现出巨大潜力。

一、技术起源

1、早期探索（1986-1991）

水导激光技术的起源可追溯至20世纪80年代。1986年，德国Aesculap-Werke AG公司首次提出将水流引入激光切割过程的创新构想，尝试在光纤出口添加一小柱水流以冷却加工区域。尽管这一初代设备仅实现了简单的水-光结合，激光与水的耦合效果有限，未能形成稳定的加工能力，但为后续研究奠定了基础。

1991年，瑞士Lasag AG公司在前者基础上取得关键突破。他们通过优化光学设计，将激光聚焦于喷嘴中，使激光与高压微水束实现更有效的耦合，首次实现了激光在水束中的稳定传输。这一改进标志着真正意义上的水导激光技术雏形的诞生，激光能量利用率和加工稳定性显著提升。

2、理论奠基与产业化（1993-1997）

1993年，瑞士科学家Bernold Richerzhagen在攻读博士学位期间，针对牙科激光治疗设备的能量传输问题，提出了水射流引导激光的系统性理论。他发现，当激光以特定角度射入水-空气界面时，会发生全内反射，使激光能量被限制在水束中传输，同时高速水流可实时冷却加工区域并清除碎屑。这一发现解决了激光加工中的热损伤难题，尤其适用于牙齿等热敏性材料的精密加工。

基于这一理论，Richerzhagen于1994年申请专利，并于1997年创立Synova公司，推出全球首台商用化水导激光加工设备。该设备采用1064nm波长激光，配合直径50-120μm的水射流，实现了对金属、陶瓷等材料的高精度切割，标志着水导激光技术正式进入工业化应用阶段。

二、技术原理

水导激光技术的核心在于激光与水射流的耦合传输。具体过程如下：

激光产生：高功率脉冲激光器（常用1064nm、532nm或355nm波长）生成能量集中的激光束；光束聚焦：激光通过光纤耦合至透镜系统，聚焦于喷嘴入口处；水射流形成：高压水泵将去离子水加压至10-100bar，从蓝宝石喷嘴喷射出直径20-100μm的稳定层流水束；全内反射传输：激光以小于临界角的角度射入水束，在水-空气界面发生全内反射，沿水束轴向传输至加工表面；材料去除：激光能量被材料吸收后产生熔化/气化，高速水流同步冲刷碎屑，形成高精度切缝。

这一过程中，水束同时扮演"光纤"、"冷却剂"和"清洁工具"三重角色，实现了无热损伤、无毛刺的精密加工。