平顶光束整形器（TH）在激光加工中有多种多样的应用。本文综述了两种常见的应用：太阳能电池板蚀刻和激光剥离。
什么是平顶光束整形器？
平顶激光束的强度分布平整均匀，锐利边缘的能量迅速下降到零。这种平顶帽式能量分布被称为“顶帽”能量分布，在许多工业激光应用中极具价值。
顶帽能量分布可以是正方形、矩形、直线、圆形或其他任何形状。将非顶帽激光束转换为顶帽能量轮廓分布的方法是使用平顶光束整形器，这是一种旨在将高斯单模激光束整形为顶帽激光束轮廓的衍射光学元件（DOE）。本文解释了平顶光束整形器的工作原理，并讨论了材料加工中顶帽应用的两个常见示例。
平顶光束整形器如何工作？
平顶光束整形器的工作原理是利用一个具有精确定义表面的透明窗来调制入射激光束的相位。衍射元件由具有不同高度表面浮雕结构的透明窗组成。激光束穿过DOE，在通过高度上升区域时激光被延迟，导致相位的局部调制。光束则在远场（通常是工业激光系统中透镜的工作平面）整形为顶帽轮廓。
材料加工顶帽应用示例：激光剥离（LLO）
在OLED生产等许多平板工艺中，柔性薄层必须经历光刻、蚀刻和切割等加工步骤。此类工艺需要刚性基材，因此柔性材料通常被粘接到刚性厚载体晶圆上。加工完成后，使用激光去除柔性层，该工艺被称为“激光剥离”，通常使用高功率紫外激光来削弱粘合剂。
在该工艺中，激光的均匀性至关重要 – 不均匀的光照会导致不均匀的粘接，这可能会留下污染，并有损坏放射层的风险。因此，平顶光束整形（通常转换为细线）有助于激光剥离，而带有锐边的顶帽激光束可以扫描条状表面。这样可以实现均匀和高产量的粘接。
另一个顶帽应用示例：太阳能电池板背面氧化物的激光烧蚀
一些先进而高效的太阳能电池板类型，如PERC太阳能电池，背面覆盖着氧化物或氮化物。为了通过接触电极来提取电荷，必须选择性去除氧化层或氮化层，通常采用孔阵激光烧蚀进行具体操作。这些孔洞必须保持精准的尺寸和分离，以提供一致的太阳能电池板性能和质量。
该应用经常采用平顶光束整形器，以形成边缘锐利和棱角分明的正方形或矩形光照轮廓。即使激光不是完全稳定，此类顶帽能量轮廓也能实现精准烧蚀，因为顶帽光斑尺寸稳定，不受激光脉冲能量影响，这一点不同于高斯光斑。
宏加工顶帽应用示例：激光冲击强化
激光冲击强化是一种将金属暴露在激光脉冲产生的高强度机械冲击下硬化的工艺。随着增材制造（AM）的出现，该工艺变得更加关键，因为3D打印金属部件往往存在内部不一致性和应力，从而降低了耐久性。制造后进行激光冲击强化是提高此类零件质量的有效方法之一。
平顶光束整形器通过冲击强化在待硬化区域产生均匀强度，确保有效的区域覆盖和表面均匀硬化。
TL；DR - 问答总结
什么是顶帽光束轮廓？
顶帽光束轮廓是一种能量轮廓，在形状内部具有均匀的强度和锐利的边缘，使光斑成为边界清晰的光照区域。
如何实现顶帽能量分布？
实现顶帽能量分布的常用方法之一是使用衍射光束整形器。衍射光束整形器是将衍射光学元件（DOE）添加到光束路径上，将工作平面上的光斑整形为所需形状（常见的有正方形、矩形、圆形或直线）的平顶能量分布。
能举几个激光材料加工中顶帽应用的典型示例吗？
用包括太阳能电池板生产和平板生产。在太阳能电池板中，平顶光束整形器用于形成背面氧化层的烧蚀，从而实现精确接触。在平板生产中，衍射平顶光束整形器用于实现均匀和高效的激光剥离。最后，激光冲击强化经常使用平顶光束整形器，以确保零件硬化均匀，且有效覆盖工件的面积而不会有过多重叠。
