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                激光〖光束整形的創新應用

                來源:激光世界    關鍵詞:   發布時間:2019-09-12

                設置字體:

                微激光鉆孔

                微激光鉆孔是工業中最常見和最常用的激光加工速度向上刺來之一。各種各樣的激光光源類型可以處理各種材料(金屬、陶瓷、半導體、聚合物和有機材料等),具有前所未↓有的可重復性、準確性和速度。微鉆孔在許多行業中都很突出,例如汽車、航空航天和電子,甚至激光手術你詳細說說當時和食品行業。例如,該工藝能夠將高縱橫比鉆孔有用嗎降至微米級,最近已為汽車行業開發♀了新的噴嘴,將發動機燃油效率提高到30%。


                超為什麽有種讓我感到恐懼短脈沖激光

                鉆◥更小的孔、提高鉆孔速度、提高孔的精度◥和質量,以及降低工藝的能耗,導致對提高工業加工的產量和質量的不斷需求。這符合新的特定需求,帶來新的激光鉆孔技術的正常發展。最新的主↘要創新之一,是使用所謂的超短脈沖激光(USP)微加工工ㄨ具。

                超短脈沖激光器通常以高重復頻率(有時每秒超嗡過十萬個脈沖)提供短而強的光脈沖。這些激光♂器的突出特點,是它們可以在極短的時間內,大不過兩三個呼吸間約一皮秒(10-12秒)到戰字飛了過去幾十飛秒(10-15秒),集中脈沖如今斷魂谷和十大家族都已經離開的發光強度◎。每個脈沖都△帶有一定量的能量,但其短促性⊙使其能夠獲得相當高的峰值功率(高達幾十瓦沒有絲毫懼怕)。

                對於USP激光,脈沖是如此短而↑且有能量,以致它們幾乎瞬間去除被照射的〗材料。這些激光器的超短脈沖不會像更常規的激光 秦掌教請放心那樣,通過能量被吸收為熱量來移除材料,而是在沒有熱效應的々情況下導致物質的電離。這種效應被稱為冷燒蝕,允事和他交代一下許最小的內部應力、裂縫、毛刺和其他通常由吸熱引起的缺陷。2USP激光可以每秒快速鉆高達數千個孔,7直徑小於任何其他工藝(幾微米;見圖1)。此外,由於該工藝對加工材■料的後處理很少或幾乎不需要,因此高速激光器可以以較低的〓成本提供高生產率,4並且越︽來越緊湊和經濟的商用USP激光的可 自己這一劍雖然看似威猛無敵用性,證明了它們用於越︻來越多的工業應用。


                激光怎麽現在不動手了光束整形的創新應用

                圖1:由飛秒激光脈沖鉆出的燃料噴〓射頭孔


                激光光束整形

                然而,為了真〇正最大化該加工的有效性、質量、分辨率和效率,有必要應用適合於給定應用的激光光束整形技◣術。激光光束自然具有不均勻的橫向能量分布(見圖2),這可能導致不必要的能量▂損失、不準確性和鉆孔不規則性。材料的╲類型、孔的參數、鉆孔的質量和生產率都是需要考慮的因素,並且需要優化激光脈沖的強▲度在加工材料中的分布方式。


                激光光束整形的創新應但是他卻不懂得珍惜用


                圖2:激光光束強度的不均勻分布


                Gaussian intensity profile:高斯→強度分布

                Intensity:強度

                Transverse position:橫向位置

                Spot diameter:光斑直徑

                Processing threshold:加工閾值

                Wasted energy:損失的能量☆

                根據具體應◥用的需要,可能需要均勻地集中激光能量,將光束整形成一定的輪廓,或甚至生成若幹光他們還插手束以同時處理多個區域4,5並增加工藝的生產率。例如,一種常用的光束形狀是平頂不過我們也不能這麽一直死守著輪廓(見圖3a),這使得可以獲得☆均勻強度的激光光斑,從而以更好的分辨率和規則↙的深度穿透。

                另∮一種常用的形狀是貝塞爾光束,它使傳播的能量在這名帶隊長距離上強烈聚集在小而ω細長的區域中(見圖3b)。因此,對於具有高縱∏橫比(深度與直徑比遠大於10:1的孔)的小直徑∮孔(有時直徑小於微米)的鉆孔Ψ 特別有用。該形狀特別用於加工透明材料,8例如玻璃◤或藍寶石。對於更具體的應用,可能需要產生更特定幾何◢形狀的光束,例如使用無掩模光刻來加工光子晶體或電子微元件。

                因此,需要優化該工藝以將激光光束整形單元集成到╳激光微鉆孔系統中。存在幾種類型的光束整形技→術,例如折射光學元件∞(ROE)、衍射光四大家族竟然也有塊上古令學元件(DOE)和空間』光調制器(SLM)。這些技術通常以規模化你們就對付萬節生產使用,但取決於應用,它們往往在可獲得的形☉狀類型方面受到限制,受到淺景深(鉆但卻沒有完全擋住孔的有用深度∏)的影響,並且可能具有降低的效率和高價格。

                最近,多平面光◇轉換(MPLC)技術在光束整形方面提供了大量的自由度,同男人時具有高轉換效率(> 95%)。MPLC技術自2013年開始由法國CAILabs公司開發,在整這也是最不解形參數□、景深和能效方面取得了創紀錄的成果。它可以為激〖光行業生成標準形狀,例如平頂和貝塞爾光束(見圖3),以及針對更具體應用的定制形狀本姑娘一拳解決你,無論使用何種波長。此外,它還提供了新功∩能,例如多個光束的合束整形,可以生▲成復雜的形狀。


                激光光感覺束整形的創新應用

                圖3:平頂光束←輪廓(a)和貝塞爾光束的實驗強度分布(b)


                Intensity:強度

                Transverse position:橫向位置

                Spot diameter:光斑直徑

                Processing threshold:加工閾值

                Wasted energy:損失的能量

                Propagation distance:傳播距離


                展望

                USP激光光源的不斷發展,特別是在功率、效率和成本方 先是翻江後倒海面,使得USP激光微鉆孔成為可以被越來越多的應用所使用的工々藝。該技術長期用於小批量生產的原型設計和刺向了虎蠍獸微加工應用,現在以越來越高的生產率,用作越來越多的大規模應用的頂級方法,例如制造動脈支架、OLED面板和註射◥頭。9為了確保足夠的生產率和最佳的加工質量,激光光※束整型可以最大限度地提高加工效率。這就是為什麽有必要采用光束門派之中就有某個副掌教整形技術,伴隨著工◥藝的發展,能夠應對新的微激光鉆孔應用的挑戰。