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衍射光學(xué)元件在激光加工與材料處理方向上的應(yīng)用

閱讀:2266      發(fā)布時間:2020-4-2
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平頂光束整形器在激光加工與材料處理方向上的應(yīng)用

激光加工與材料處理無疑是激光器大的應(yīng)用領(lǐng)域之一,。近年來在傳統(tǒng)的切割、焊接,、打標(biāo)的基礎(chǔ)上,,越來越多的新激光加工處理工藝被開發(fā)出來并迅速在業(yè)界推廣,。不同種類的工藝使用各種波長,、強(qiáng)度、脈沖寬度的激光,,也對光斑形貌、分布,、景深等提出豐富的要求,。
DOE 在針對特定激光加工處理應(yīng)用的光斑優(yōu)化中扮演核心角色,。通常采用DOE可以從兩方面優(yōu)化激光加工處理的效果:倍增處理速率和產(chǎn)率;提升處理精度,,如邊緣整齊度,、熱影響區(qū)域、處理效率等,。

熔蝕與構(gòu)造
激光熔蝕是指通過激光輻照從材料(通常是固體)表面去除材料,。熔蝕通常采用小區(qū)域高能量脈沖實(shí)現(xiàn)。激光溶蝕具有多種用途,,如納米材料制備,,金屬或介電薄膜沉積,超導(dǎo)結(jié)構(gòu)制備,,金屬部件常規(guī)焊接與邦定,,MEMS結(jié)構(gòu)加工等,。
采用平頂發(fā)生器或渦旋位相板可以產(chǎn)生邊界銳利的光斑構(gòu)型,,在溶蝕過程中確保精確的材料移除范圍。多焦點(diǎn)分束器可以實(shí)現(xiàn)并行處理,,提升產(chǎn)率。


圖3.1 激光溶蝕(上)與表面構(gòu)型(下)

?相關(guān)DOE產(chǎn)品:平頂光發(fā)生器,,渦旋位相板,,分束器
焊接
采用激光可將多個金屬或塑料機(jī)件連接在一起。激光光束提供一個集中的熱源,,實(shí)現(xiàn)高速率,、大深度、窄縫寬焊接,。激光焊接通常在大規(guī)模制造中自動化進(jìn)行,。與切割技術(shù)協(xié)同,激光焊接可用于多種焊接類型(點(diǎn)焊,,直/曲線焊,釬焊等),。
能量分布均勻的激光有助于焊接溫度的均勻分布,,生成高質(zhì)量焊縫。采用分束器產(chǎn)生的多焦點(diǎn)焊接,,可提升加工速率,。


圖3.2 激光焊接(左)與平頂光斑(右)

?相關(guān)DOE產(chǎn)品:平頂發(fā)生器,,勻化器,,分束器,C型發(fā)生器,,高效率雙焦DOE
釬焊
在釬焊過程中,,激光燒熔焊條并將兩塊金屬焊接在一起,這種工藝廣泛使用在汽車工業(yè)中,。如果被焊接金屬在焊條熔融之前被清潔、預(yù)熱,,將能提升焊接效果,。
專門為這種工藝訂制的勻化器,可以在主焊的平頂光斑前端兩側(cè)產(chǎn)生兩個小光斑用于待焊金屬的清洗和加熱,,提升釬焊的強(qiáng)度和焊縫的整潔度,。


圖3.3 激光釬焊(左)與訂制光斑(右)

?相關(guān)DOE產(chǎn)品:訂制光束勻化器
激光微孔
激光微孔加工是指利用激光在薄料上打小孔,,通常用于薄片或薄膜,,如香煙卷紙,、食品包裝紙(延長保質(zhì)期和新鮮度)。這類應(yīng)用需要精密的,、等間距的微孔,,分束型DOE是理想的產(chǎn)品。


圖3.4 食品包裝紙微孔(左)與多點(diǎn)光斑

?相關(guān)DOE產(chǎn)品:分束器(多點(diǎn)DOE)
金屬及玻璃切割
激光切割通過將高功率激光引導(dǎo)并聚焦到工件表面,,通過運(yùn)動機(jī)構(gòu)掃描并按路線切割工件,。激光切割為工業(yè)制造的重要手段;常常需要在不使用長焦透鏡的情況下延長焦點(diǎn)的焦深,,以減少切割區(qū)域的崩邊,、熔邊,提升切割質(zhì)量,。
金屬切割利用激光聚焦產(chǎn)生的局部熱量加熱材料,,達(dá)到熔點(diǎn)以切斷樣品。融化的金屬被氣流帶走,。
玻璃切割通常使用紅外波段的高功率激光器,。因?yàn)椴A蛰^低,因此需要更高功率的激光,;使用DOE可拉長焦深,,使得能量在玻璃的內(nèi)部沉積,實(shí)現(xiàn)單次切割,,而不需要調(diào)整焦點(diǎn)位置后再次掃描,。這種方式對于隱裂切割特別有用,,局部受熱使得切縫變脆而不是熔融,后續(xù)可用機(jī)械方式沿切縫分離,。


圖3.5 金屬切割與環(huán)形光斑(上),,玻璃切割與貝塞爾焦斑(下)

?相關(guān)DOE產(chǎn)品:金屬切割:渦旋位相板、平頂發(fā)生器,;
玻璃切割:DeepCleave,;貝塞爾DOE;多焦點(diǎn)DOE,。

鉆孔
激光鉆孔利用聚焦的重復(fù)脈沖激光器汽化金屬,,形成通孔。脈沖能量越大則汽化的金屬越多,。作為激光加工領(lǐng)域主流應(yīng)用之一,,多年來發(fā)展了各種打孔技術(shù):單脈沖,叩擊,,旋轉(zhuǎn)打孔,,螺旋打孔等。激光打孔在多種場景應(yīng)用,,包括橡膠,、硅襯底等。
配合打能量激光器,,分束(多點(diǎn))DOE可用于提升鉆孔產(chǎn)率,;平頂型光斑有利于提升孔壁的垂直度和邊緣銳度;渦旋濾光片可用于環(huán)形孔,。


圖3.6 激光鉆孔工藝(左),,金屬管打孔(右)

?相關(guān)DOE產(chǎn)品:多點(diǎn)分束器,平頂發(fā)生器,,渦旋濾光片
激光剝離
激光剝離(Laser Lift Off, LLO)是一種選擇性的分離兩種材料的技術(shù),。激光投射到襯底與鍍層材料(如藍(lán)寶石襯底上的GaN)中間的粘結(jié)層上。激光剝離可以處理大尺寸器件并達(dá)到要求的精度與可重復(fù)性,。因此,,激光玻璃在LED工業(yè)中剝離發(fā)光薄膜中廣泛使用,同時也用于顯示,、移動終端等制程,。
LeanLineTM為專門為LLO開發(fā)的DOE,將圓形多模光斑變換成為細(xì)線分布,,適用于紫外及綠色激光(343,,355,532nm),。這種解決方案基于專有的衍射光學(xué)光束成型技術(shù),,可以很容易的擴(kuò)展至任意波長(193nm - 1600nm),。采用這種方案,用戶可以使用成本較低的多模激光器實(shí)現(xiàn)高功率密度的線光源,。


圖3.7 LeanLineTM 線聚焦(左)與柔性材料剝離(右)

?相關(guān)DOE產(chǎn)品:線光斑發(fā)生器
表面處理(硬化與熔覆)
激光表面處理的原理基于高功率密度的相關(guān)激光與表面在特定氣氛(真空,,保護(hù)氣,過程氣)下的相互作用導(dǎo)致的表面改性,。典型的應(yīng)用包括表面硬化與表面熔覆。
表面硬化是一種熱處理,,通過將材料在短時間內(nèi)加熱至臨界溫度以上并迅速冷卻,,金屬晶格將不能恢復(fù)初始結(jié)構(gòu)并達(dá)到很高的硬度。
表面熔覆是另一種熱處理過程,。元件表面被加熱至熔點(diǎn),,熔融物固化并結(jié)晶,而其化學(xué)成份不便,。


圖3.8 激光熱處理

?相關(guān)DOE產(chǎn)品:勻化器,,平頂發(fā)生器。

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