20世纪90年代末,瑞士Bernold Richerzhagen博士结合传统激光技术与水射流技术的优点,发明微射流水波导激光技术。该项技术发明为微尺寸加工带来一种优良的新型加工方式。但目前该精细加工技术仍存在水波导激光刀头光斑过大、分辨率偏低等缺点。因此,本论文致力研究压缩微射流水波导激光束、提高加工分辨率的关键技术,着重研究了微射流水波导激光加工系统的刀头,包括产生稳定的传导30μm水射流束、矩形水射流的条件、研制了相关光学耦合装置,并进行微射流水波导激光直刻凹印制版关键技术研究。　　 本论文研究设计工作的主要创新点如下:　　 (1)首次深入、系统研究了至今为止最小孔径为30μm的射流喷嘴形成稳定微射流水波导区及微射流水波导与激光束之间耦合等关键技术,并通过实验验证,获得了长径比大于10、直径30μm稳定微射流水波导区及激光光学装置;满足激光直刻凹印制版网穴分辨率要求,并申请了发明专利“旋转可调水波导激光加工装置”(申请号:20110191963.0),“阵列式水波导激光加工装置”(申请号:20110192794.2);　　 (2)提出和开展了矩型微射流水波导激光加工系统研究,理论分析了影响矩型射流喷嘴形成稳定微射流水波导的主要因素,获得了形成稳定矩型微射流水波导的重要技术参数,研制了稳定矩型微射流水波导激光加工装置,并申请了发明专利“矩形水波导激光加工装置”(申请号:201101192792.3);　　 (3)基于流体连续性及动量守恒理论,建立了射流密度变化与射流压力、速度相关性物理模型,探索和掌握了水射流折射率变化规律,理论上解释了激光于水波导传输中所出现的类似阶跃光纤中传输的物理现象;　　 (4)应用激光波导理论研究了方形水射流波导激光传输特性,利用Matlab模拟了不同模数激光在边长为30μm方形水射流中的波导传输情况;　　 (5)尝试进行了微射流水波导激光直刻凹印制版实验研究,研究、解决网穴崩边、提升边缘直壁垂直度的问题,并对波长为1.06μm激光具有高反射率、包含铜和锌在内的凹印制版材料的适印性进行了研究。研究结果表明,与目前传统的激光直刻凹印制版技术相比,利用微射流水波导激光直刻凹印制版技术加工网穴质量有明显改善和提高,在理论及技术上为微射流水波导激光直刻凹印制版机的研究提供了重要参考价值。　　 本论文主要完成了以下研究工作:　　 (1)微射流水波导激光加工所能达到加工精度同激光直刻凹版制版网穴的关系,设计并加工对应30μm微细喷嘴;　　 (2)建立相关射流数学物理模型并应用流体仿真工具Fluent研究30μm喷嘴射流静压下,不同压强下对速度稳定性影响之间的关系,并仿真研究不同压力下、不同预压缩角、沿程长对稳定射流射程长度的影响,进行实验;分析水射流流速变化引起水压及密度变化;激光在射流中传输情况,测量激光于常规及矩形水射流分布,模拟30μm射流与矩形微射流流场,从理论上推导、仿真、实验,以确定30μm喷嘴的预压缩角、沿程、工作压力设计合理的承压腔体结构;　　 (3)本文研究微射流水波导中稳定射流形成机理,利用光纤波导理论研究微射流中激光的全反射传输,进一步解释激光在水束光纤中高效传导,并结合矩形激光传输情况,分析了阶跃水射流光纤激光的能量分布,从而得出一系列结论研究解释了激光同去离子水射流的耦合条件和耦合效率的决定性因素:　　 (4)进行相关的微射流水波导激光加工能量测试实验,对比研究了矩形水波导中及水波导激光能量分布,得出激光同水射流导引耦合角度大小对于获得高质量激光的高斯能量分布影响的结论,并进一步实验验证;　　 (5)利用ZEMAX设计加工激光光路透镜,模拟相关耦合光路,进行像差分析,保证微射流水波导激光高效率耦合激光与水射流;　　 (6)实验雕刻锌板及铜上相应网穴,且考察盲孔及边缘质量:　　 ①激光加工铜,锌板的相关实验及分析,分析水射流散热提高加工网穴的要素,研究激光加工中水冷对于激光加工锌的质量改善盲孔穴壁。　　 ②针对印刷网穴的30μm级的精度要求,采用铜基,锌板盲孔加工实验验证铜版直刻网穴效果,ms级激光难以加工的抛光紫铜进行试验,分析ms级微射流水波导激光加工是否适用于铜版凹印制版,选择激光直刻凹印制版基底材料。