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電子加工新聞

皮秒激光器在材料加工領(lǐng)域的典型應(yīng)用

來源：昊量光電2016-05-23 我要評(píng)論(0 )   

摘 要：皮秒激光作為一種新型的能量源，具有皮秒級(jí)超短脈寬、重復(fù)頻率可調(diào)、脈沖能量高等特點(diǎn)，有望實(shí)現(xiàn)包括硬脆性難加工材料在

 摘 要：

皮秒激光作為一種新型的能量源，具有皮秒級(jí)超短脈寬、重復(fù)頻率可調(diào)、脈沖能量高等特點(diǎn)，有望實(shí)現(xiàn)包括硬脆性難加工材料在內(nèi)的高精度、高效率加工效果，在材料加工領(lǐng)域逐步顯露頭角。

引 言：

隨 著大功率激光器技術(shù)的發(fā)展，激光與材料相互作用研究的深入，激光加工已經(jīng)成為加工領(lǐng)域中的一種常用技術(shù)。激光加工具有以下眾多優(yōu)勢：非接觸、后續(xù)工藝少、 加工效率高、材料耗損少等。采用超短脈沖激光加工可將能量極快地注入很小的作用區(qū)域，瞬間高能量密度沉積使電子吸收和運(yùn)動(dòng)方式發(fā)生變化，避免了激光線性吸 收、能量擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移等影響，從根本上改變了激光與物質(zhì)相互作用機(jī)制如下圖所示

 
皮秒脈沖激光器具有皮秒級(jí)超短脈寬、重復(fù)頻率可調(diào)、脈沖能量高等特點(diǎn)，在 廣泛的加工應(yīng)用領(lǐng)域具有眾多優(yōu)勢。尤其值得一提的是，它幾乎沒有熱影響區(qū)，可以處理的材料范圍極其涉及材料廣泛，包括：金屬、半導(dǎo)體材料、介電材料、透明 材料等，尤其在薄膜材料以及陶瓷、玻璃等硬脆性難加工材料的精細(xì)加工方面，皮秒激光器體現(xiàn)了無熱影響區(qū)、無掛渣、無微裂紋等明顯的加工優(yōu)勢。SPARK LASERS 系列皮秒激光器基于其高功率、高脈沖能量等優(yōu)勢，在眾多材料加工領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
 
SPARK LASERS 皮秒激光器在材料加工領(lǐng)域的典型應(yīng)用
1.    SPARK LASERS 系列中的VEGA 1064nm皮秒激光器產(chǎn)品非常適用于材料加工領(lǐng)域。

VEGA 1064nm 參數(shù)規(guī)格：

Model

VEGA-1064

VEGA -532**

Wavelength

1064 nm

532 nm

Spectral width

< 2 nm

< 2 nm

Pulse duration

< 120 ps

< 100 ps

Pulse energy

40 u J from single shot to 500 kHz

20 u J from single shot to 500 kHz

Repetition  rate

Single pulse to 1MHz（with burst mode）

Single pulse to 1MHz（with burst mode）

M2

< 1.2

< 1.2

Beam waist diameter

1 mm

1 mm

Beam waist location

At output port +-50% RR

At output port +-50% RR

Beam pointing

< 25 urad/℃

< 25 urad/℃

Ellipcityt

>0.85

>0.85

Warm-up time

< 15 mins

< 15 mins

Power stability

< 2% RMS

< 4% RMS

Pulse stability

< 2% RMS

< 4% RMS

Polarization

Vertical ,>100:1

Vertical ,>100:1

Pulse control

Ext AOM with gating

Ext AOM with gating

Laser head dimensions (mm3)

300 x 300 x 80

300 x 300 x 80

Laser controller dimensions

19”/3U rack

19”/3U rack

Standard umbilical length

3 m

3 m

Power consumption

100 to 240 VAC <400 W

100 to 240 VAC <400 W

Cooling

Air cooled

Air cooled

SPARK LASERS 系列中的VEGA 1064nm 是款高能量、短脈沖（<100 PS）、緊湊型皮秒激光器，非常適用于薄膜移除、玻璃雕刻等眾多材料加工應(yīng)用。
 
應(yīng)用一：聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）基質(zhì)上透明導(dǎo)電銀納米線薄膜的消融
 通過使用VEGA 1064nm皮秒激光器來消除方塊銀納米線薄膜，測量該方塊內(nèi)部和外部的阻抗高于20MΩ成功實(shí)現(xiàn)了電隔離。
 (a)                                               (b)

(a)    為消融線的3D圖；可通過皮秒激光器以1 m/s 的掃描速度、0.88 J/cm2 的脈沖能量實(shí)現(xiàn)
(b)    為PET上的銀納米線的SEM圖；可通過皮秒激光器以1.6 m/s 的掃描速度、2.63 J/cm2 的脈沖能量實(shí)現(xiàn)
 
VEGA 1064nm皮秒激光器基于高能量、短脈沖等特點(diǎn)亦適用于印刷電子產(chǎn)品如有機(jī)光伏或有機(jī)LED顯示和照明等領(lǐng)域中。
 
應(yīng)用二：玻璃內(nèi)表面打標(biāo)
通過使用VEGA 1064nm皮秒激光器在玻璃內(nèi)表面打標(biāo)避免了透明材料產(chǎn)品的偽造。這類打標(biāo)材料類型必須是肉眼不可見的除非在特定觀察角度或者照明的情況下可見。基于非線性效應(yīng)（多光子吸收），該加工過程是透明材料折射率變化的過程。這種效應(yīng)可通過大強(qiáng)度峰值實(shí)現(xiàn)，因此非常適合選用SPARK LASERS 系列中的VEGA 1064nm皮秒激光器。
VEGA 1064nm皮秒激光器亦可應(yīng)用于相關(guān)領(lǐng)域：醫(yī)療包裝、奢侈品、珠寶的防偽。
 
應(yīng)用三：PET基質(zhì)上ITO的消融
VEGA 1064nm皮秒激光器基于其脈沖穩(wěn)定性、高脈沖能量等特點(diǎn)可選擇性消融ITO/PET。我們可以觀察到優(yōu)質(zhì)的ITO雕刻（脈沖能量的穩(wěn)定性>=雕刻的穩(wěn)定性）。
VEGA 1064nm皮秒激光器亦適用于以下相關(guān)應(yīng)用：液晶顯示器、平板顯示器、等離子體屏幕、靈敏觸摸屏的透明導(dǎo)電包封；類似于OLEDs、單元光伏、防靜電沉積（倉庫）、裝甲板抗電磁干擾。
 
 
2.    SPARK LASERS 系列產(chǎn)品SIRIUS 1064nm皮秒激光器適用于眾多材料加工領(lǐng)域。
 
SPARK LASERS 系列中的SIRIUS 1064nm皮秒激光器是款高能量、超短脈沖（< 10 ps）、緊湊型皮秒激光器，非常適用于對(duì)材料切割、打孔標(biāo)記等材料加工領(lǐng)域。

SIRIUS 皮秒激光器參數(shù)規(guī)格：

Model

SIRIUE-1064

SIRIUE-532

Wavelength

1064 nm

532 nm

Spectral width

< 0.3 nm

< 0.3 nm

Pulse duration

< 10 ps

< 10 ps

Pulse energy

100 u J@20 KHz (2 W)

60 u J@50 KHz (3 W)

35 u J@100 KHz (3.5 W)

20 u J@200 KHz (4 W)

9 u J@500 KHz (4.5 W)

5 u J@1 MHz (5 W)

50 u J@20 KHz (1 W)

30 u J@50 KHz (1.5 W)

17 u J@100 KHz (1.7 W)

10 u J@200 KHz (2 W)

4 u J@500 KHz (2.25 W)

2 u J@1 MHz (2.5 W)

Repetition  rate

Single pulse to 1MHz（with burst mode）

Single pulse to 1MHz（with burst mode）

M2

< 1.2

< 1.2

Beam waist diameter

1 mm

1 mm

Beam waist location

At output port +-50% RR

At output port +-50% RR

Beam pointing

< 25 urad/℃

< 25 urad/℃

Ellipcityt

>0.85

>0.85

Warm-up time

< 30 mins

< 30 mins

Power stability

< 2% RMS

< 4% RMS

Pulse stability

< 2% RMS

< 4% RMS

Polarization

Vertical ,>100:1

Vertical ,>100:1

Pulse control

Ext AOM with gating and burst mode

Ext AOM with gating and burst mode

Laser head dimensions (mm3)

453 x 296 x 110.2

453 x 296 x 110.2

Laser controller dimensions

19”/3U rack

19”/3U rack

Standard umbilical length

3 m

3 m

Power consumption

100 to 240 VAC <600 W

100 to 240 VAC <600 W

Cooling

water cooled

water cooled
應(yīng)用一：陶瓷上直線切割&鉆盲孔
     通過使用SIRIUS 532nm 皮秒激光器在陶瓷上直線切割或鉆盲孔可獲得很高的質(zhì)量效果，并且在加工過程中無熱效應(yīng)產(chǎn)生。
SIRIUS 532nm 皮秒激光器亦可應(yīng)用于相關(guān)領(lǐng)域如半導(dǎo)體加工。
 
應(yīng)用二： 金屬表面雕刻
使用SIRIUS 532nm 皮秒激光器可以實(shí)現(xiàn)在一些金屬包括不銹鋼、銅、鋁、碳鋼、鐵、鋁合金等各種金屬合金表面進(jìn)行雕刻加工。
 
結(jié)論
   SPARK LASERS 系列中的VEGA 1064nm皮秒激光器、SIRIUS 1064nm、532nm皮秒激光器基于超短脈寬、重復(fù)頻率可調(diào)、脈沖能量高等特點(diǎn)，體現(xiàn)了無熱影響區(qū)、無掛渣、無微裂紋等明顯的加工優(yōu)勢，能夠在材料加工領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。
 

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