自1960年首臺激光器問世以來，經(jīng)過近70年的發(fā)展，激光技術(shù)已經(jīng)形成了龐大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，廣泛應(yīng)用于工業(yè)加工、醫(yī)療美容、商業(yè)、科研、信息和軍事等多個領(lǐng)域。眾所周知，不同的應(yīng)用場景對激光的功率、波長、光斑形狀等有著不同的要求，而要實現(xiàn)光斑形狀的改變，則離不開光束整形器。
采用衍射光學(xué)元件（Difractive Optical Element，DOE）進(jìn)行光束整形是近年發(fā)展起來的非常方便、靈活、功能強(qiáng)大的光束整形方式。DOE可適用于多種類型的輸入激光（如單模高斯激光、多模激光等），在激光焦面上形成指定的光斑形狀和光強(qiáng)分布，還可以實現(xiàn)在激光傳播方向特定的光強(qiáng)分布。典型的功能包括：產(chǎn)生平頂分布圓光斑或矩形光斑；產(chǎn)生線形分布光斑；將非均勻多模激光進(jìn)行勻化；產(chǎn)生環(huán)形以及多環(huán)等光斑分布；產(chǎn)生一維、二維多束激光分布；在傳輸方向上形成多焦點以及長焦深分布等。今天我們主要討論在激光加工與材料處理領(lǐng)域DOE光束整形器的應(yīng)用。
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。而當(dāng)激光器能量較高時，可采用多點分束器來實現(xiàn)多個區(qū)域并行處理，提升產(chǎn)率。
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)生的多焦點焊接，可提升加工速率。
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。在焊條熔融之前，如能夠?qū)⒑附咏饘傧刃星逑?、預(yù)熱，焊接效果將顯著提高。
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。
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，而通常不需要很高的激光功率。分束型DOE能夠產(chǎn)生大量的、間距精確的二維陣列焦點，非常適合此類材料上高速打孔。
食品包裝紙微孔（左）與多點光斑
相關(guān)DOE產(chǎn)品：分束器（多點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，通過運動機(jī)構(gòu)掃描并按指定路線切割工件。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)到熔點以切斷樣品。融化的金屬被氣流帶走。
而玻璃切割通常使用紅外波段的高功率脈沖激光器。因為玻璃吸收較低，因此需要更高功率的激光；使用DOE可增加焦深，使得能量在玻璃的內(nèi)部沉積，實現(xiàn)單次切割，而不需要調(diào)整焦點位置后再次掃描。這種方式對于隱裂切割特別有用：透明材料內(nèi)部的局部受熱使得切縫變脆而不是熔融，后續(xù)再采用機(jī)械方式沿切縫分離，形成理想的斷縫。
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。除金屬外，激光打孔也在多種場景應(yīng)用，如橡膠、硅襯底等。
配合打能量激光器，分束（多點）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。
激光鉆孔工藝（左），金屬管打孔（右）
相關(guān)DOE產(chǎn)品：多點分束器，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。
LeanLine?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現(xiàn)高功率密度的線光源。
LeanLine?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，熔融物固化并結(jié)晶，而其化學(xué)成份不便。
在這兩種熱處理過程中，激光功率密度的均勻性都非常重要。平頂光發(fā)生器和光束勻化器有助于產(chǎn)生均勻的、邊界清晰的光強(qiáng)分布。
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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