激光器类型的光束
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激光器的基本参数和基础知识激光器(Laser)是一种将谐振腔中储存的能量转变为一束具有高度相干性质的光的装置。
激光器的基本参数包括:1.波长;2.功率;3.束径;4.激光的相干性。
首先,激光器通常根据其波长进行分类。
波长是指光波在真空中一次振动所经过的距离,通常用纳米(nm)表示。
常见的激光器波长有红光(630-680nm)、绿光(532nm)和蓝光(405-473nm)等。
不同的波长适用于不同的应用领域,例如红光适用于医疗领域的血管照明和演出行业的舞台灯光,而蓝光适用于高密度光存储和显示器的背光源。
其次,激光器的功率是指光的输出强度,通常用瓦(W)表示。
激光器的功率有不同的等级,从毫瓦级到千瓦级不等。
功率越高,激光器的输出能量和功率密度也就越大,能够应用于更广泛的应用领域,如材料加工、雷达和航天等。
再次,激光器的束径是指光束的直径,通常以毫米(mm)为单位。
激光器的束径可以通过采用合适的光学系统调节,使其在不同的距离上具有不同的尺寸。
束径的大小直接影响到光束的聚焦性能和峰度,从而影响到使用激光器进行加工和操控的精度和效果。
最后,激光的相干性是指光的相位和波动性之间的关联程度。
激光器具有高度的相干性,光波的相位差非常小,波动性较小。
这使得激光器在干涉、全息、光纤通信等领域具有重要应用。
相干性的高低需要通过测量激光器的相位噪声和相干度等物理量来判断。
除了以上的基本参数,激光器还有一些基础知识。
例如激光产生的条件包括有源介质、泵浦源和正反馈条件。
有源介质是指激光器中的工作物质,它具有能够增益光子能量的特性,如固体激光器中的晶体、气体激光器中的气体等。
泵浦源是指提供能够将有源介质的粒子激发至高能级的能量的装置,如光泵浦、电泵浦和化学泵浦等。
正反馈条件是指激光器中光波在谐振腔内经过多次反射放大,并最终产生激光的条件。
此外,激光器还面临一些问题,如聚焦能力、波长稳定性和频率稳定性等。
聚焦能力是指激光器能够将光束聚焦到多细小的尺寸的能力,这可能受到衍射效应和非线性光学效应的影响。
激光器的基本参数和基础知识激光器是一种产生和放大一束高度聚焦的光束的装置,它利用特殊的光学放大器将输入的光线转化为一束具有高度相干性和高度单色性的激光光束。
以下是激光器的一些基本参数和基础知识:1. 激光器的波长(Wavelength):激光器产生的激光光束的波长是决定其光学特性的重要参数。
不同波长的激光器在光的传播、吸收和散射方面有着不同的特性。
2. 输出功率(Output Power):激光器的输出功率是指激光器在单位时间内向外辐射的光能量。
输出功率的大小可以影响到激光器在实际应用中的效果和使用范围。
3. 光束质量(Beam Quality):光束质量是激光器输出光束的空间属性的度量,它决定了光束的聚焦能力和光学深度。
光束质量越高,光束越接近理想光束,具有更好的聚焦和穿透能力。
4. 脉冲宽度(Pulse Width):对于脉冲激光器而言,脉冲宽度是指激光脉冲的持续时间。
脉冲宽度的长短对于一些应用领域,如精密切割、医疗器械等,有着重要的影响。
5. 光学阻尼器(Optical Attenuator):光学阻尼器是用于调节和控制激光光束强度的光学装置,通过调整光损耗或反射来控制光强。
6. 光束扩散角(Divergence Angle):光束扩散角是指光束的发散性,即光束离开激光器时的束腰大小和形状。
光束扩散角可以描述激光器在空间中的传播特性。
7. 频率稳定性(Frequency Stability):激光器的频率稳定性是指激光器的输出频率在一定时间范围内的稳定性。
频率稳定性越高,激光器的输出频率在长时间应用中的波动越小。
8. 工作温度范围(Operating Temperature Range):激光器的工作温度范围是指激光器可以正常工作的温度范围。
对于一些特殊环境下的应用,工作温度范围的宽窄对激光器的使用有着重要的影响。
1.激光的产生原理:激光器内部通过激发材料(例如气体、固体或半导体)来产生激光。
ipg 激光器工作原理
IPG激光器工作原理基于光纤激光器的原理。
光纤激光器由一
个光纤光束和激光介质组成。
工作原理如下:
1. 激光介质:激光介质通常是由具有较高折射率的柴甲结构中的掺杂离子组成,如氦、氖、铝等。
激光介质被激励后会产生光子释放,通过受激辐射而形成光放大区域。
2. 光泵浦:光泵浦是通过光源将光能转换为激光器的能量输入方式。
可以使用电子束加热,光电效应、等离子体、过电流、光化学反应、光化学反应、等方式来进行光泵浦。
3. 光纤光束:激光束是由光纤导出的一束高亮度,高功率激光束。
光纤通过激光器的传输光束被导入激光介质,并且光通过激光介质的激光介质形成一束相干光,然后被传输等。
4. 工作原理:激光介质在光泵浦的作用下,发生受激辐射作用,光子发生向下辐射,并与其他光子相互作用。
光子与其他光子相互作用后,光子被引导到一个放大器中并通过速度恢复窗口传播。
5. 输出功率:最终,通过不断的受激辐射和放大,激光器可以输出高功率激光束。
输出功率通常由激光器的设计和激发源的能量来决定。
输出功率可以达到几千瓦或更高。
总之,IPG激光器是利用光纤激光器的工作原理,通过光泵浦
和激光介质的相互作用,产生高亮度、高功率的激光束。
高斯激光光束的原理及应用1. 引言高斯激光光束是一种常见的激光光束类型,其具有特定的光强分布和光场特性,因此在许多实际应用中得到广泛的使用。
本文将介绍高斯激光光束的原理以及其在不同领域的应用。
2. 高斯激光光束的原理高斯激光光束的形成与光的衍射过程密切相关。
在传统的激光器中,激光光束通常通过空间滤波器来实现高斯光束的生成。
空间滤波器可以通过物理障碍、透镜或光学系统等方式来调整光束的波前形状。
高斯激光光束的特点主要体现在其光强分布上。
在横截面上观察,高斯光束的光强分布呈现出一个钟形曲线,中心光强最大,逐渐向两侧递减。
这种特殊的光强分布又称为高斯分布,其数学表达式为:I(x, y) = I0 * exp(-2(x^2+y^2)/w^2)其中,x和y分别表示光束横向的位置坐标,I(x, y)表示该位置处的光强,I0是中心光强,w是高斯光束的半径。
高斯光束的光强分布与波前的相位变化有密切关系。
通过优化光源的产生、引导和聚焦系统,可以实现更准确和稳定的高斯光束输出。
3. 高斯激光光束的应用高斯激光光束由于其独特的光强分布和光场特性,被广泛应用于许多领域。
以下是几个常见的应用领域:3.1. 激光切割和焊接高斯激光光束在激光切割和焊接中起着至关重要的作用。
由于其光强分布呈钟形曲线,在切割和焊接过程中可以实现更高的能量聚焦和更精确的热输入,从而提高切割和焊接的质量和效率。
3.2. 激光医疗在激光医疗领域,高斯激光光束用于各种治疗和手术操作。
由于其光强分布呈高斯分布,可以实现精确的光聚焦和组织切割,避免对周围组织的伤害,提高手术的精确性和安全性。
3.3. 光纤通信高斯激光光束在光纤通信领域扮演着重要的角色。
由于其光强分布呈高斯分布,可以实现更好的光束耦合和传输效果。
高斯光束可以被光纤有效地传输,并减少光衰减和信号失真。
3.4. 激光雷达高斯激光光束在激光雷达中被广泛应用。
其光强分布可以实现精确的目标识别和距离测量,提高激光雷达系统的探测精度和范围。
激光器的工作原理激光器是一种能够产生高度聚焦、高单色、高亮度、高相干性的光束的装置。
其工作原理主要是通过激发介质内的原子或分子,使它们处于激发态,然后通过受激辐射的过程放出原子或分子的能量,产生的辐射与原始的激发光具有相同的频率、相位和方向,从而形成激光束。
首先,利用能量输入把介质中的原子或分子从基态激发到高能级。
这个阶段可以通过光电子元件、电热元件等针对不同类型激光器的方法来实现。
如氦氖激光器通过电流激发气体氦和氖之间的气体分子产生放射以产生激光;半导体激光器通过电流激励将其结构中的半导体材料电子激发到激发态;固体激光器通过外加高能脉冲激光器当作激发源,把放大介质中的能级加热到高能态;气体激光器则是把电源的高压放电激发电离气体。
其次,在激发的过程中,激光会在介质中进行多次的受激辐射与自发辐射。
产生激射的方法有三种,即自由辐射、自放散和自准直。
自由辐射是指在介质中的自发辐射产生的光子以无控制的方式传播。
自放散是指光束反射和演散的能量被散射并重新分布在介质中。
自准直是指辅助装置使辐射沿着预定轴线传播。
而在受激辐射的过程中,激发态的原子或分子吸收一个入射光子能量,之后经过一段时间后跳跃到稳态能级释放出两个光子,这两个光子的频率相同、相位相同、波矢相同,因此具有高度聚焦性。
再次,利用一个反射镜维持激光光束的放大。
激光在介质内会进行多次的受激辐射,从而产生了足够的光子数目。
然后,被反射镜内的光子将被扩散,经过多次的反射,使得光子的数目不断增加,最终形成了聚焦的光束。
最后,光束通过另一个反射镜射出,形成了激光束。
这个反射镜只允许波长等于或接近激发波长的光通过,从而排除了其它频率的光。
这使得激光束有着很高的单色性。
总结起来,激光器的工作原理是通过激发介质内的原子或分子,使它们处于激发态,然后通过受激辐射的过程放出原子或分子的能量,产生的辐射与原始的激发光具有相同的频率、相位和方向,最终形成激光束。
这个过程包括激发、放大、镜面反射和放出四个主要的步骤,每个步骤都是实现高质量激光的关键。
激光器的参数激光器是一种将电能转化为强聚光光束的装置,具有许多重要的参数。
本文将介绍激光器的一些关键参数以及它们的意义和影响。
1. 波长:激光器的波长是指激光光束的频率或色彩。
不同波长的激光具有不同的特性和应用。
常见的激光波长有红光(630-700纳米)、绿光(510-550纳米)和蓝光(450-490纳米)。
不同波长的激光适用于不同的应用领域,例如红光激光器常用于激光指示器和光束瞄准器,蓝光激光器常用于高清晰度显示和光存储。
2. 输出功率:激光器的输出功率是指激光光束的功率密度,通常以瓦特(W)为单位。
输出功率的大小取决于激光器的设计和应用需求。
高功率激光器常用于材料加工、激光切割和激光焊接等工业应用,而低功率激光器则常用于医疗美容、激光打印和光通信等领域。
3. 光束质量:激光器的光束质量是指光束在传输过程中的聚焦能力和光斑形状的好坏。
光束质量好的激光器具有高光束质量因数(M²),能够实现更好的光束聚焦和精细加工。
光束质量常用参数有TEM₀₀模式的激光束直径和发散角等。
4. 单脉冲能量:激光器的单脉冲能量是指每个脉冲中携带的能量量级,通常以焦耳(J)为单位。
单脉冲能量的大小决定了激光器的功率密度和材料加工的效率。
高单脉冲能量的激光器常用于激光打孔、激光打标和激光烧蚀等工艺。
5. 脉冲宽度:激光器的脉冲宽度是指激光脉冲的时间长度,通常以纳秒(ns)为单位。
脉冲宽度的大小取决于激光器的调制方式和应用需求。
短脉冲宽度的激光器常用于激光雷达、激光测距和激光医疗等领域,可以实现高精度的测量和治疗。
6. 频率稳定性:激光器的频率稳定性是指激光输出频率的稳定程度。
频率稳定性好的激光器可用于精密测量、光谱分析和光学标准等领域。
一般来说,激光器的频率稳定性可以通过消除噪声源和优化激光器的设计来提高。
7. 效率:激光器的效率是指将输入电能转化为激光能量的比例。
高效率的激光器可以减少能源消耗和热量产生,提高激光器的可靠性和寿命。
激光的分类和特点-概述说明以及解释1.引言1.1 概述激光是一种具有高度相干性、能量聚焦、单色性和高亮度的光源。
在现代科技领域中,激光技术已经得到广泛应用,包括通信、医疗、制造、军事等领域。
本文将介绍激光的分类和特点,以及在不同领域的应用,旨在探讨激光技术的重要性和未来发展方向。
1.2 文章结构文章结构部分的内容应该包括对整篇文章的布局和内容安排进行介绍和概述。
在激光的分类和特点的讨论中,我们首先会介绍激光的分类,包括按波长、按输出方式等分类方法,然后讨论不同类型激光的特点和应用领域。
接着,我们将展示激光在医疗、通信、制造等领域的应用案例,说明激光技术的重要性和广泛应用。
最后,我们将总结激光技术的重要性和展望未来激光技术的发展方向,以及对激光技术的发展前景进行展望。
通过文章的结构设计,读者可以系统地了解激光技术的分类、特点和应用领域,以及对激光技术未来发展的展望。
1.3 目的本文的目的是对激光进行分类和介绍其特点,帮助读者更全面地了解激光技术。
通过对不同类型的激光进行分类和对其特点进行详细解释,读者可以深入了解激光技术的基本原理和应用领域。
同时,本文还将探讨激光在不同领域的应用,展示其在科学研究、医学、工业等领域的重要作用。
通过这些内容,读者可以对激光技术有更深入的认识,同时也可以了解激光技术对各行业的影响和未来发展趋势。
希望本文能够为读者提供有益的知识,增进对激光技术的了解,并为相关领域的研究和发展提供参考。
2.正文2.1 激光的分类激光是一种具有高度相干性、高能量密度和直线传输特性的光源。
根据激光器的工作原理和发射特性,可以将激光分为不同的类型。
主要的激光分类包括:1.气体激光器:气体激光器是最早被发明的激光器之一,通常使用激活气体(如氦氖、氩氖等)在电场或光场的作用下发射激光。
气体激光器具有较高的功率和波长可调性,广泛应用于医疗、材料加工等领域。
2.固体激光器:固体激光器利用稀土元素(如Nd:YAG、Nd:YVO4等)或其他固体材料(如晶体、玻璃等)作为工作介质,通过光泵浦激发发射激光。
几种激光器的结构示意
1.连续激光器:连续激光器包括长激光棒激光器,它包括了发射腔(蓝色),它设有折射器(紫色)和反射镜(绿色),发射腔内填入了激光活性源,它可以产生多模微弱的,有着同一波长的光束。
通过折射器和反射器产生的多模弱光束聚焦到了微粒活性源上。
微粒活性源内产生的激光辐射通过折射器和反射镜回到了发射腔中,从而得到不断增强的激光辐射。
2.瞬态激光器:瞬态激光器主要将诸如质子、氘离子等离子通过电场的影响,在真空腔中的聚焦调制,使离子中的电子迅速由原有的能级跃迁到下一能级,并同时释放出许多的光子,从而达到激发激光的效果,瞬态激光器的激光输出持续极短的时间,极高的能量,瞬态激光器的结构一般由一个真空腔和一组高压发生器组成,真空腔内装有可发射激光的离子源和能控制激光路径的反射镜,发射器外设置与腔体的电连接,高压发生器用于给该真空腔体提供必要的电压。
3.钝/硬激光器:钝/硬激光器为可调节激光源,原理是以热熔合或焊接的方式将激光材料(基体材料)和激光剂装入金属管中,经高温、高压作用,释放出紫外光,再经过一系列有折射镜和反射镜的发射腔。
976 nm宽条形高功率半导体激光器的光束质量m2评价976 nm宽条形高功率半导体激光器是一种常用于工业、医疗和科学研究等领域的激光器。
在实际应用中,光束质量是评价激光器性能的重要指标之一。
本文将从什么是光束质量、如何评价光束质量以及如何提高光束质量三个方面来探讨976 nm宽条形高功率半导体激光器的光束质量m2评价。
一、什么是光束质量光束质量是指激光器输出的光束与理想光束的相似程度。
理想光束是指光束直径不变、光斑形状不变、光强分布均匀的光束。
光束质量的好坏直接影响到激光器在实际应用中的效果。
二、如何评价光束质量光束质量的评价指标主要有两个,即光束直径和光束发散角。
其中,光束直径是指光束在传输过程中的直径大小,光束发散角是指光束在传输过程中的扩散程度。
光束直径和光束发散角越小,光束质量越好。
在实际应用中,常用的光束质量评价指标是m2值。
m2值是一种综合评价光束直径和光束发散角的指标,其值越小,光束质量越好。
m2值的计算方法是通过测量光束在传输过程中的直径大小和发散角度,然后将这些数据代入计算公式中得出。
三、如何提高光束质量提高光束质量的方法主要有以下几种:1. 优化激光器结构。
通过优化激光器的结构,如改变激光器的谐振腔长度、改变激光器的输出端口等,可以有效地提高光束质量。
2. 优化激光器工作条件。
通过调整激光器的工作条件,如改变激光器的泵浦功率、改变激光器的温度等,可以有效地提高光束质量。
3. 选择合适的光学元件。
选择合适的光学元件,如透镜、棱镜等,可以有效地改善光束的质量。
4. 优化光束传输系统。
通过优化光束传输系统,如改变光纤的长度、改变光纤的直径等,可以有效地提高光束质量。
综上所述,光束质量是评价激光器性能的重要指标之一。
在实际应用中,通过评价光束直径和光束发散角,可以综合评价光束质量。
提高光束质量的方法主要有优化激光器结构、优化激光器工作条件、选择合适的光学元件和优化光束传输系统等。
在使用976 nm宽条形高功率半导体激光器时,应注意光束质量的评价和提高,以提高激光器的实际应用效果。
激光的种类种类及应用激光(Laser)原指具有高效率,窄束,高单色性(即色散小),高相干性(即随机性小)的光。
自1964年发明激光以来,激光技术在多个领域得到广泛应用。
根据不同激光产生机制、波长范围和功率等特性的不同,激光可以分为多种种类。
1. 气体激光器(Gas Laser)气体激光器是最早被开发和应用的激光器之一。
根据不同的气体填充和激发方式,气体激光器可以分为氦氖激光器(He-Ne),二氧化碳激光器(CO2),氙离子激光器(Xe-ion)等。
氦氖激光器广泛应用于测量、光学实验、医学等领域;二氧化碳激光器在加工和切割材料、医学手术、雷达等领域得到广泛应用;氙离子激光器适合生物医学、光化学、实验等领域。
2. 固体激光器(Solid-State Laser)固体激光器是利用一些固态材料来产生激射光的装置。
常见的固体激光器包括钕:锗酸玻璃激光器(Nd:glass)、二极管激光器(Diode laser)、钕:YAG激光器(Nd:YAG)、掺铒光纤激光器(Er-doped fiber laser)等。
固体激光器在材料加工、激光雷达、医学手术、通信等领域得到广泛应用。
3. 半导体激光器(Semiconductor Laser)半导体激光器是利用半导体材料来产生激射光的装置。
半导体激光器又称为激光二极管(Laser Diode),它具有尺寸小、寿命长、高效率等特点。
半导体激光器广泛应用于通信、照明、显示、激光打印等领域。
4. 纤维激光器(Fiber Laser)纤维激光器是利用光纤结构的光介质来产生激射光的激光器。
纤维激光器具有体积小、易于集成、输出功率稳定等特点。
纤维激光器在制造业、材料加工、通信、医疗等领域得到广泛应用。
5. 液体激光器(Liquid Laser)液体激光器是利用液体介质来产生激射光的装置。
由于液体特性的不稳定性,液体激光器并不常见,但在一些特殊领域如核聚变、舰船激光武器等方面得到应用。
激光器类型的光束最佳答案me597rm112009-12-05 13:45:08由于激光具有方向性好,高能量和单色性好等一系列优点,自六十年代问世以来,就受到科研领域的高度重视,推动了诸多领域的迅猛发展,尤其是激光在加工领域中的应用。
传统的激光加工机在工业产品中,已得到了广泛应用,近年来在激光微加工方面也受到广泛重视。
激光微加工对生产具有小孔或细小沟槽结构复杂的电子器件、医疗和汽车制品有重大意义。
因为这类产品孔的直径和沟槽尺寸越来越小,而这些尺寸的公差越来越严格。
只有激光才能满足对微加工零件提出的从1μm到1mm的所有要求。
激光加工热作用区域小,可以准确地控制加工范围和深度,保证高的重复性,良好边缘和广泛的通用性[1]。
在微系统制造中,人们广泛采用硅各向异性刻蚀和LIGA(利嗄)技术加工各种微型结构。
前者适合加工硅的二维结构和小深宽比的三维结构;后者能够加工精密的三维结构,不仅适用于硅而且也适用于加工金属、塑料和陶瓷。
然而这种技术要求的条件比较苛刻,它需要同步辐射X射线源,而且模的制作也很复杂,因此很难普及。
还有一点也必须指出,LIGA工艺与IC不兼容,这在一定程度上限制了它的使用。
90年代初发展起来的激光微加工工艺既能加工出较为复杂的微型结构,且所要求的条件又不那么苛刻,在实验室和工厂较容易实现[2]。
激光微加工所涉及的应用领域较宽,本文着重介绍激光束在UV(紫外)波段或532nm和1. 06μm段激光微加工的应用,工作状态为脉冲状态,加工应用的范围为微电子和微机械(MEM S)。
激光束的其它应用不在本文赘述。
2.脉冲激光直接微加工技术脉冲激光直接微加工技术是利用高能量激光脉冲对固体直接加工,主要是基于激光烧蚀过程。
在烧蚀过程中,固体材料所吸收的激光能量使材料从加工表面喷射出来。
激光和固体间的烧蚀作用与固体材料以及脉冲激光参数密切相关。
脉冲激光参数主要包括激光的波长、脉冲宽度和脉冲强度。
在适宜的条件下,几乎所有的固体材料脉冲激光都能够加工,而且现在经研究已经建立了多种材料的脉冲激光加工参数[3]。
图一(a)所示的是一种常见的准分子激光加工设备的主要结构。
激光光束经过一系列器件,包括快门、可调衰减器、光束整形器和归一化器,最后照射到掩模上。
在这个结构中,光束整形器改变光束形状,使其近似为正方形,然后归一化器再把光分成许多光束,每束光从不同方向照射掩模(图一(b))。
这不仅提高了光照射的均匀性,同时也引入了离轴元件。
离轴光照射可以完成垂直结构甚至钻蚀结构的加工,而使用传统的平面光照射无法加工出这样的结构。
在整个系统中一般需要一些辅助设备进行准直,比如CCD视频传感器或独立的非线性显微镜。
脉冲激光直接微加工技术的主要特点之一是能够加工复杂的三维表面轮廓。
对不同的掩模进行多次曝光可以加工阶梯式多级结构,而在曝光时间内扫描掩模可以完成连续切削,也可以用半色调掩模直接进行投影烧蚀来完成连续切削[4]。
掩模和工件一般都安装在步进马达控制的精密移动平台上,通过计算机实现自动扫描操作。
在加工过程中可以改变其它脉冲激光参数,比如激光光通量和重复频率。
此外,还可以通过改变数值孔径NA来改变离轴照射的最大视角,见图一(b),从而可以在恒定的激光光通量条件下加工不同侧壁角度的结构。
图一(a)准分子激光加工设备框图 (b)光学系统图脉冲激光直接微加工技术的另一个特点是可以加工多种材料[5],尤其适用于聚合物材料的加工。
大多数聚合物在激光的频谱内都有很强的能量吸收,保证了激光与工件间的能量耦合,而相对较低的热传导性又保证了烧蚀过程中的热量扩散和受热影响的区域很小。
大多数情况下,可以得到很好的表面光洁度,附加损失(熔化和碎屑)也可达到最小,这是许多其它材料不具备的特性。
例如,由于金属的反射率和热传导率较高,用脉冲激光加工具有很高的烧蚀阀值,加工过程中有严重的附加损耗。
但是,如果加工对象是沉积在导热性较差的基体表面的金属薄膜时,用脉冲激光就可以得到很好的加工效果。
脉冲激光直接加工MEMS器件中最成功的例子是喷墨打印头的加工[6]。
另外,脉冲激光很高的峰值功率和3D结构加工能力也可应用到微流控芯片的加工中。
微流控芯片中的主要部件,像微通道、微过滤器、微搅拌器和微反应器都需要3D结构(或至少2.5D)。
此外,作为微流控芯片的材料,聚合物比硅基底的材料更适于用脉冲激光进行微加工。
MEMS直接加工的例子最近也有报道,如在硅底上制作双压电晶片微执行器[7]以及多层磁性材料执行器[8]等。
另外,飞秒激光微加工技术发展也很快[9]。
由于飞秒激光有很高的能量密度,这使得它在MEMS加工中的某些方面具有很好的应用前景,比如利用标准的透明材料与高能量多光子的剧烈作用可以在透光材料上加工微结构。
2.1直接加工这里所用的术语“直接加工”是用来描述用激光束聚焦点来进行材料加工的过程。
这项技术广泛应用于对高精度和小尺寸有要求的微机械加工,包括燃料注入器的钻孔、气体传感器的钻孔、太阳能电池的刻画以及MEMS的原型处理。
工件是用检流扫描仪和可移动平台随着光束移动,同时用激光加工,从而得到预期的图案。
加工速度通过调节检流扫描仪可达10ms -1 [10]。
图二:(a)用检流扫描仪和X-Y可移动平台的直接加工的示意图(b)MicrAlater M100 0 直接加工的激光器设备2.2 钻孔使用在X-Y平台或检流扫描仪上的聚焦激光束的一系列的孔的加工在燃料注入器、气体传感器、微小电路板和探测器卡片的钻孔都有广泛应用。
图三显示的就是用来IC(integrated circuit)测试的探测器卡片的一部分。
100μm孔是在500μm厚的硅氮化物晶体上用355n m的ND:YAG激光钻孔的。
使用AblataCAM软件能将文件直接转化成激光器设备加工过程。
利用这项技术能在探测器卡片上加工几乎任何形状的孔。
图三:(a)在硅氮晶体探测器卡片上的用来IC测试的100μm孔 b)在硬质钢上用来燃料注入的孔发动机对低损耗和更佳的燃料利用率需求,引起对更小的孔和更厚的有壁燃料注入器的深入研究。
由于传统EMD技术对于柴油机注入器的钻孔的限制,使得激光加工技术成为下一代柴油机引擎的关键技术。
孔的直径为30-100μm公差为±1.5μm,锥角小于0.5度。
图三(b)显示的是用Nd:YAG激光器在532nm在柴油机注入器上加工的孔。
2.3太阳能板加工在1.06μm波上工作的激光器设备,其典型的能量为几十瓦,广泛的应用于薄膜太阳能板的玻璃底层上的精细线性雕合。
这种过程和发射技术的结合与BTS能够使太阳能板在高速的情况下能保持非常高的精度和准确率。
图四(a)是无定型硅薄膜在双激光系统(1.06μm和532nm)下的加工过程的示意图。
IR YAG激光束用来在ITO层上划近似30μm宽的线,接着α-Si的沉积和可见YAG激光束在盘的附近穿过α-Si层来加工50μm直径的相互连接。
而ITO层是不受加工过程影响的。
接着铝电极层沉积,用可见光YAG激光来加工大概25μm宽的轨迹,来完成板的加工过程。
太阳能板的样板的部分加工过程如图四所示。
用5 80nm来加工400mm板的每一层大概需要1分钟。
图四:(a)用双波长激光系统加工的太阳能板b)在薄膜α-Si太阳能板上的划线和相互连接的照片3.最新研究动态3.1用于微加工的UV激光钻孔机械-Meister 1000DFMHI出品了最新DUV266nm激光钻孔机Meister 1000DF,能在所有新的固体UV-YAG 振荡器上应用。
用Meister 1000DF能在不同材料、不同工作环境下进行高质量的微加工。
特点:半导体泵浦固体激光器谐振腔能达到很高的寿命和具有很高的可靠性,高能量密度2 66nmUV输出,能实现50-200μm直径的微小钻孔,高速和装备了检流扫描仪[11]。
图五:加工应用的样品图(a)透孔:直径100μm 聚酰亚胺树脂:厚度25μm(b)透孔:直径100μm 陶瓷:厚度250μm图六:结构图3.2 DPSS UV 激光器高脉冲355nm激光器(LD泵浦YV04 激光器+ SHG + THG)空气冷却。
概要:这种激光器是紧凑和空气冷却类型的高循环脉冲DPSS UV激光器(355nm)。
非线性晶体GdY COB应用于这种激光器(已由大阪大学发明)。
因此能获得高光束质量和稳定输出。
并且非常容易维护和操作,广泛应用于微加工、精确测量等等[12]。
3.3 DPSS绿色激光器高脉冲532nm激光器(LD泵浦YVO4激光器+ SHG) 空气冷却。
概要:这种激光器是紧凑和空气冷却类型的高循环脉冲DPSS绿色激光器(532nm)。
具有很好的输出稳定性和高光束质量。
并且易于维护和操作,能广泛应用于微加工、测量等等。
3.4 DPSS YVO4激光器高脉冲1064nm激光器(LD泵浦YVO4激光器)空气冷却。
概要:这是一种紧凑、空气冷却以及易于维护的DPSS激光器。
用LD泵浦并且用光纤输出。
由于在加工过程中有高重复性、热张力等特点,因此能被小型化。
所以能广泛应用于高速标刻、激光加工和产生谐波的光源。
4.结论从加工材料范围和3D加工灵活性方面,脉冲激光具有特有的加工能力。
脉冲激光加工技术和其它微细加工的主流技术相结合可以为MEMS的未来发展提供重要的加工手段。
脉冲激光加工技术的主要应用领域有基于功能材料的微驱动器、微流控器件和系统。
另外,脉冲激光还具有特有的微部件操控和连接能力,因此,对MEMS的集成和封装技术也将作出巨大的贡献。
参考文献:[1] 耿淑杰, 激光微加工的进展[J]. 激光与红外,1997,27(6):330-332.[2] 张光照,刘焱,微机械加工技术。
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