内容

介绍

近来，针对工业用的新激光系统的开发需求已经增加。并已经产生了许多新的工艺，而且激光添加剂系统已经代替了许多传统的工业工艺。 如下图所示，材料加工在整个激光市场中占有很大份额：

图1.  全球激光应用1

衍射光学元件（DOE）在提供适合工艺的激光束整形中起着重要作用。这使得激光束整形和均化技术对于许多优化激光材料加工应用至关重要。 

通常，激光系统从利用激光开始，并且通过添加DOE来提高性能。 
实现的关键参数是：

  • 处理速度和产量成倍增长
  • 过程精度
    • 壁陡度
    • 热影响区
    • 处理有效性

烧蚀与结构化

激光烧蚀是通过用激光束照射从固体（或偶尔为液体）表面去除材料的过程。 激光烧蚀是通过在较小的区域上施加高能量的短脉冲来实现的。激光烧蚀已被认为并实际应用于许多技术应用中，包括：纳米材料的产生，金属和电介质薄膜的沉积，超导材料的制造，金属零件的常规焊接和粘合以及MEMS结构的微加工。

Holo / Or的平顶光束和涡旋透镜会产生形状、边缘清晰的边缘斑点，从而在消融过程中精确去除材料。 多点特性支持并行处理，从而提高了吞吐量。

相关产品：平顶束，涡旋透镜，多点 

图2.  激光烧蚀

 图3.  激光构造2

焊接

激光焊接技术用于通过激光将多块金属或塑料连接起来。 光束提供了集中的热源，可以进行窄而深的焊接和高焊接速率。 该过程通常用于自动化等大批量应用中，例如汽车工业。 结合切割技术，激光非常适合多种类型的焊接（点焊，线焊，软焊）。

Holo / Or的均质器元件具有均匀，平坦的强度曲线，与输入中的非均质性无关，并且可以设计成为特定焊接曲线量身定制的形状分布。 使用尾迹多点轮廓，可以预热焊接区域，然后进行后处理。

相关产品：均质化器/扩散器，多点，C整形器，HEDS

图4.  激光焊接3

图5.  均质器能量分布

钎焊

在激光钎焊应用中，两个金属板通过激光熔化的焊锡丝连接在一起。 业已证明，在钎焊丝熔化之前清洁金属表面并对其进行预热可以提高连接质量。 在汽车工业中发现了次技术的典型应用。

为此，Holo / Or开发了一种特殊的均质器元件，该元件可产生两个用于清洁/预热的小型前导光束，以及一个可将能量平均分配到钎焊丝上的大型均匀光束，以实现更好的熔化和更清洁的金属边缘。

相关产品： 定制均质机  —请联系Holo /或了解更多信息 

图6.  激光烧蚀过程

图7.  定制均质机的能量分布

穿孔

穿孔是指在薄材料或纤网中的小孔。 激光打孔通常用于食品工业的薄片材料，例如烟头纸或包装箔纸（延长了易腐食品的新鲜度和质量）。

这样的应用需要具有相等距离的预设计图案的精确微观孔。 这就是为什么Holo / Or的分束器DOE是显而易见的解决方案的原因。

相关产品：多点

图8.  食品包装的激光打孔4

图9.  9×9多点分束器

切割（金属和玻璃）

激光切割的工作原理是通常通过光学系统和移动平台引导大功率激光的输出，以扫描工件上的焦点并将其切割。它通常用于工业制造应用。目的是在不增加聚焦光学器件焦距的情况下扩展系统的聚焦深度，或者提高切割质量并减少切割区域的剥落和材料重新熔化。

金属激光切割是通过在聚焦激光束的焦点上方将材料局部加热到其熔点以上来进行的。产生的熔融材料通过气流排出，从而形成开口切口。

玻璃激光切割或激光切割通常是在红外波段下用高功率激光器完成的。由于玻璃在大多数波长下对光的吸收都很弱，因此切割玻璃需要更大的激光功率。通过使用焦点DOE，能量会散布在整个玻璃晶圆中。这样就可以进行一次切割，而无需在切割过程中调整光斑的焦深和z轴方向的移动。这对于隐形切割尤其有用，在隐形切割中，激光会修改玻璃使其变脆，而不是进行烧蚀切割，然后沿着激光加工线将玻璃机械分离。

相关产品：  用于金属  切割-涡旋镜头，平顶光; 对于玻璃切割- DeepCleave 模块，细长焦点，多焦镜片

图10.  激光金属切割

 

图11.  涡旋透镜能量分布

图12.  激光玻璃切割5

图13.  沿光轴的细长焦点能量分布

钻孔

激光钻孔是通过在材料上反复聚焦脉冲激光能量并蒸发熔化的材料来形成通孔的过程。 脉冲能量越大，熔化和蒸发的材料越多。 多年来，已经发展了几种激光钻孔技术，包括信号脉冲，敲击，环钻和螺旋钻孔。 激光钻孔可用于许多应用中，包括硅晶片和橡胶的钻孔。

为了提高生产率和生产效率，Holo / Or的Multi-Spot分光镜已被证明可以提供准确的结果。 平顶光束整形器可以提高孔的边缘质量和直径精度，而涡旋相位板则可以钻出环形形状。

相关产品： 多点，平顶光束， 涡旋透镜

图14.  不同的激光钻孔技术6

图15.  不锈钢管的激光微钻7

激光剥离

激光剥离（LLO）是一种从一种材料中选择性的除去另一种材料的技术。 激光束穿过透明材料投射，并被背面的相邻材料吸收，例如蓝宝石上的GaN。 激光剥离分离工艺可处理具有所需精细度和可重复性的大面积设备。 因此，在LED工业中，分离发光膜以及在电视和移动设备的显示器中非常普遍。

LeanLine™是Holo / Or的创新解决方案，用于将多模式圆形输入光束转换为窄激光线，特别是在UV和绿色波长（343、355和532 nm）中。 我们的解决方案基于专有的衍射光束整形概念，可以针对从193nm深紫外到1600nm 红外激光器的任何波长进行定制。 通过利用我们的解决方案，可以使用成本更低的多模式激光器在细线中实现有效的功率密度。

相关产品：  LeanLine TM  模块

图16.  Holo / Or的LeanLine TM  模块

图17.  将基板与玻璃面板分离

表面处理（硬化和重熔）

激光表面处理的原理是用高功率密度相干光束与指定气体（真空，保护性气体或加工气体）中的表面之间的相互作用而导致表面改性。 激光表面处理的一些典型用途是激光硬化和激光重熔。激光硬化是一种热表面硬化工艺，在该过程中，材料会在高于临界温度的短时间内被加热，然后迅速冷却，从而防止金属晶格恢复其原始结构并产生非常坚硬的金属结构。激光重熔是表面处理的另一种热方法。 将组件表面短暂加热到熔化温度以上。 然后熔体固化并重结晶，而化学成分没有根本变化。

相关产品： 均质器/扩散器，平顶光

图18.   激光硬化

参考文献

  1. https://www.photonics.com/Article.aspx?AID=60946
  2. Jens Bliedtner et. al, “Ultrashort Pulse Laser Material Processing”, Laser Technik Journal
  3. http://www.avio.co.jp/english/products/assem/lineup/laser/yag.html
  4. http://elenlaser.com/co2-laser-applications/plastic-film.html
  5. https://www.youtube.com/watch?v=-S7GvYepCPo
  6. https://www.slideshare.net/kokoisawesame/laser-drilling-47644341
  7. http://kjlasermicromachining.com/portfolio-posts/laser-micro-drilling-stainless-steel-tube/