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時至今日,激光加工技術(shù)因其高效率,高精度,非接觸式加工等特點,已經(jīng)成為了工業(yè)應(yīng)用的寵兒,為優(yōu)質(zhì),高效,環(huán)保的加工生產(chǎn)開辟了廣闊的前景。

激光,作為新興加工技術(shù),面臨著更多的挑戰(zhàn)。由“熱加工”效應(yīng)所帶來的熱影響區(qū),熔凝殘渣及應(yīng)變裂紋是限制工件加工精度,效率和工藝重復(fù)性提高的主要原因。

CO2激光,光纖激光以及半導(dǎo)體激光是目前工業(yè)應(yīng)用中的主流激光,其激光脈寬都在微秒,納秒水平。這一脈寬水平的激光是通過光熱作用來移除材料,都會有“熱加工”效應(yīng)。

伴隨著工業(yè)應(yīng)用的發(fā)展,對加工的可行性,加工的品質(zhì)以及加工的效率都提出了更高的要求。對于激光微加工領(lǐng)域一些要求嚴苛的加工任務(wù)來說,“熱加工”所衍生的不良效果使得微秒,納秒級脈寬水平的激光無法滿足其要求。

為了進一步提高加工精度,減少加工過程中存在的熱影響以及熱影響帶來的衍生不良效果,皮秒激光逐漸滲透到工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。皮秒激光打標機具有皮秒級超短脈寬,加工材料時激光光子直接破壞目標材料的結(jié)合鍵,這相對來說是一種“冷”加工過程,熱影響區(qū)很小,幾乎沒有熱影響區(qū),整個加工過程很干凈,沒有重鑄材料,因而很少需要后期再加工。皮秒激光這些特點注定了它在激光微加工領(lǐng)域的重要地位。

高功率皮秒激光器以其高峰值功率、窄脈沖寬度(10-12s),在材料精細微加工、LED芯片劃片、太陽能光伏,科學(xué)研究等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。相對于傳統(tǒng)納秒激光(10-9s),采用皮秒激光打標機加工材料,具有加工精度高、熱效應(yīng)極小、加工邊緣無毛刺等優(yōu)點。

相對于飛秒激光(10-15s),皮秒激光也有不少優(yōu)勢,由于不需要為了放大而展寬和壓縮脈沖,皮秒激光器結(jié)構(gòu)相對簡單,因此成本效益更高,性能更可靠。同時,皮秒脈沖仍短到足以應(yīng)付非常精確和無應(yīng)力的微細加工。

目前國內(nèi)工業(yè)領(lǐng)域?qū)τ谄っ爰す馄鞯男枨罅亢艽螅荒暌?00臺以上,大部分依賴于進口,價格昂貴,維護也非常麻煩。國內(nèi)有幾家提供皮秒激光器產(chǎn)品,受限于穩(wěn)定性問題,市場占有率較低。

工業(yè)用高功率皮秒激光器單脈沖能量通常需要達到微焦,甚至亞毫焦量級,而鎖模種子激光器的頻率達到MHz以上,種子的單脈沖能量通常為nJ量級,為了獲得高的單脈沖能量,可以通過選脈沖技術(shù)將種子頻率降低,然后通過高增益放大器實現(xiàn)高單脈沖能量輸出。

皮秒激光打標機的皮秒激光器工作結(jié)構(gòu)主要包括種子激光器,選脈沖單元和放大器三個部分。MHz高頻種子光脈沖通過聲光或者電光調(diào)制器,選出kHz激光脈沖,脈沖再經(jīng)過單級或者多級放大實現(xiàn)高單脈沖能量輸出。

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