您的位置:首頁>科技>正文

短脈衝和超短脈衝雷射器的微加工應用

結構緊湊、高功率, 以及高光束品質的偏振雷射器在諸如微加工和高效諧波生產等工業和研究領域的應用需求正不斷增長。 通過對晶體形狀、冷卻機制及諧振器設計等要素的優化組合, 類似InnoSlab 雷射器和放大器之類的雷射器產品呈現出以下優點:短脈寬、高峰值功率、高脈衝重複率和高平均功率下的高光束品質。 同時, 他們還可以為光束形狀提供高度的靈活性, 從圓形光束, 到線形一維和二維平頂光束, 再到矩形光束等等, 從而為門類廣泛的特殊應用提供附加價值。

短脈衝雷射器

為了以低成本實現高光束品質以及高輸出功率,

人們提出了一種創新的板條雷射器概念(InnoSlab)(圖1)。 半導體(二極體)通過諧振腔腔鏡與它們的線型光束形狀進行耦合。

圖1:端面泵浦板條和帶混合諧振器的電光調Q的InnoSlab 雷射器的示意圖。

然後, 一塊板條狀的有源晶振通過二極體與一塊通過兩側大表面進行傳導冷卻的薄晶體進行局部泵浦, 從而使垂直於雷射光束方向的熱流保持一維。 這可以得到可控的熱柱面透鏡, 並且不會發生去極化和相位變形等現象。

在該設置中, 調Q脈衝由一個偏光器和一個普克爾盒(Pockels cell)生成。 雷射光束多次穿過諧振器, 並且可以在光腔鏡的邊緣上解耦, 這與傳統的板條式CO2 雷射器有些相似。

圖2: 電光調Q 的InnoSlab 雷射器的定制光束形狀。

整個諧振器短於10cm, 從而使脈寬低於10ns, 並且獲得高峰值功率。 此外, 光束形狀可以輕易變換, 從圓形高斯, 到線型一維或二維平頂光束, 定制的光束形狀是理想的工業應用解決方案的基礎(圖2)。

調Q的InnoSlab雷射器的參數包括:

◆脈衝能量達50mJ

◆光束品質M2

◆脈衝寬度至4ns

◆峰值功率達6MW

◆脈衝重複頻率達100kHz

◆平均功率達600W

◆ 可提供的波長為1064nm,532nm,355nm和266nm

超短脈衝雷射器

使用相同的泵浦方案、板條幾何形狀和光腔鏡配置, 可以獲得優異的多通道放大器(圖3)。 InnoSlab鐳射放大器的優勢包括其很大的放大係數、高效率的功率和能量提取、功率和能量的可升級性, 以及播種屬性的保留(光束品質, 脈衝寬度等)。 這才使得超短脈衝能實現千瓦功率以及多毫焦耳的能量。

圖3:InnoSlab 鐳射放大器的示意圖

基於InnoSlab鐳射放大器的概念, 引入了不同型號的超短脈衝雷射器, 其相關參數如下:

◆光束品質M2

◆脈衝能量達2000μJ

◆脈寬至600fs

◆峰值功率達200MW

◆脈衝重複率達100MHz

◆平均功率達400W

◆可提供的波長:1064nm,532nm,355nm和266nm

工業應用示例

亞表面雕刻。 通過將短脈衝雷射光束聚焦到玻璃塊中, 脈衝能量在聚焦區被很大程度地吸收, 從而引發材料的熔化和蒸發。 由於與熔化和蒸發相關的機械應力, 在玻璃中產生了大小為100μm的裂紋, 並被肉眼識別為標記點。 用這種方式, 可以實現logo和商標的亞表面打標。

圖4:通過在玻璃中進行精密鑽孔, 可以得到與深度有關的橫截面的鑽孔(所示的孔用彩色液體填充以增加可視性)。

玻璃鑽孔。 圖4顯示了通過正向消融方式加工玻璃的原理和可能性。 與亞表面雕刻相比, 在玻璃切割和鑽孔時, 焦點在於底部表面。 以這種方式, 能夠實現高精度、可重複和高速的玻璃加工。 通過使用頻率為100kHz的調Q型InnoSlab雷射器,可以實現的體積消融率>1.5mm3/s。該工藝已被用於淋浴器的玻璃板、玻璃蓋板以及太陽能光電板上的接觸孔等鑽孔應用領域。

切割和研磨玻璃。 使用高功率皮秒雷射器並結合逐層消融工藝能夠實現玻璃或藍寶石片的整體切割。 使用250W 的皮秒雷射器可以實現高達2mm3/s的體積燒蝕率(圖5)。

圖5:採用皮秒雷射器進行逐層消融加工,用於切割和研磨藍寶石,顯示的是通過功率(a)的體積燒蝕率和藍寶石表蓋(b)的示例。

切割透明和脆性材料。 一種類似於亞表面雕刻的工藝可用於分離透明和脆性材料,如玻璃和藍寶石。 該方法也稱為絲狀切割,廣泛應用於藍寶石和玻璃板的分離。藍寶石或玻璃板的典型厚度

壓花圓柱雕刻。新型高功率超短脈衝鐳射光源的出現,推動了使用皮秒雷射器對大尺寸金屬表面進行壓花和印刷等3D微結構化應用的發展。

結論

InnoSlab雷射器和放大器結合二極體泵浦,晶體形狀,散熱和諧振器設計,呈現出以下極具優勢的特徵:短脈寬、高峰值輸出功率、高脈衝重複率,高平均功率下的高光束品質和光束形狀的靈活性。

基於此設計,具有可量身定做和增值功能的短脈衝和超短脈衝雷射器可被用於各種獨特的應用,例如透明脆性材料的加工,微結構的打造以及壓花圓柱體的雕刻等等。

通過使用頻率為100kHz的調Q型InnoSlab雷射器,可以實現的體積消融率>1.5mm3/s。該工藝已被用於淋浴器的玻璃板、玻璃蓋板以及太陽能光電板上的接觸孔等鑽孔應用領域。

切割和研磨玻璃。 使用高功率皮秒雷射器並結合逐層消融工藝能夠實現玻璃或藍寶石片的整體切割。 使用250W 的皮秒雷射器可以實現高達2mm3/s的體積燒蝕率(圖5)。

圖5:採用皮秒雷射器進行逐層消融加工,用於切割和研磨藍寶石,顯示的是通過功率(a)的體積燒蝕率和藍寶石表蓋(b)的示例。

切割透明和脆性材料。 一種類似於亞表面雕刻的工藝可用於分離透明和脆性材料,如玻璃和藍寶石。 該方法也稱為絲狀切割,廣泛應用於藍寶石和玻璃板的分離。藍寶石或玻璃板的典型厚度

壓花圓柱雕刻。新型高功率超短脈衝鐳射光源的出現,推動了使用皮秒雷射器對大尺寸金屬表面進行壓花和印刷等3D微結構化應用的發展。

結論

InnoSlab雷射器和放大器結合二極體泵浦,晶體形狀,散熱和諧振器設計,呈現出以下極具優勢的特徵:短脈寬、高峰值輸出功率、高脈衝重複率,高平均功率下的高光束品質和光束形狀的靈活性。

基於此設計,具有可量身定做和增值功能的短脈衝和超短脈衝雷射器可被用於各種獨特的應用,例如透明脆性材料的加工,微結構的打造以及壓花圓柱體的雕刻等等。

Next Article
喜欢就按个赞吧!!!
点击关闭提示