衍射光學(xué)元件（DOE）在激光材料加工中的應用

近來(lái)，針對工業(yè)用的新激光系統的開(kāi)發(fā)需求已經(jīng)增加跌蛔。并已經(jīng)產(chǎn)生了許多新的工藝，而且激光添加劑系統已經(jīng)代替了許多傳統的工業(yè)工藝。 如下圖所示，材料加工在整個(gè)激光市場(chǎng)中占有很大份額：

衍射光學(xué)元件（DOE）在提供適合工藝的激光束整形中起著(zhù)重要作用。這使得激光束整形和均化技術(shù)對于許多優(yōu)化激光材料加工應用至關(guān)重要。 通常激光系統從利用激光開(kāi)始，并且通過(guò)添加DOE來(lái)提高性能，實(shí)現的關(guān)鍵參數是：

• 處理速度和產(chǎn)量成倍增長(cháng)；

• 過(guò)程精度：壁陡度、熱影響區蟀角、處理有效性。

燒蝕與結構化

激光燒蝕是通過(guò)用激光束照射從固體（或偶爾為液體）表面去除材料的過(guò)程。 激光燒蝕是通過(guò)在較小的區域上施加高能量的短脈沖來(lái)實(shí)現的属愤。激光燒蝕已被認為并實(shí)際應用于許多技術(shù)應用中，包括：納米材料的產(chǎn)生，金屬和電介質(zhì)薄膜的沉積，超導材料的制造箍秘，金屬零件的常規焊接和粘合以及MEMS結構的微加工。我們的平頂光束和渦旋透鏡會(huì )產(chǎn)生形狀、邊緣清晰的邊緣斑點(diǎn)，從而在消融過(guò)程中精確去除材料。 多點(diǎn)特性支持并行處理，從而提高了吞吐量烹暗。

激光燒蝕

激光構造

焊接

激光焊接技術(shù)用于通過(guò)激光將多塊金屬或塑料連接起來(lái)。 光束提供了集中的熱源，可以進(jìn)行窄而深的焊接和高焊接速率。 該過(guò)程通常用于自動(dòng)化等大批量應用中，例如汽車(chē)工業(yè)馆余。 結合切割技術(shù)，激光非常適合多種類(lèi)型的焊接（點(diǎn)焊毛然，線(xiàn)焊，軟焊）。

激光焊接

均質(zhì)器能量分布

我們的均質(zhì)器元件具有均勻，平坦的強度曲線(xiàn)，與輸入中的非均質(zhì)性無(wú)關(guān)，并且可以設計成為特定焊接曲線(xiàn)量身定制的形狀分布。 使用尾跡多點(diǎn)輪廓，可以預熱焊接區域，然后進(jìn)行后處理茴晋。

釬焊

在激光釬焊應用中，兩塊金屬板通過(guò)激光熔化的焊錫絲連接起來(lái)乳讥。 事實(shí)證明，在釬焊線(xiàn)熔化之前清潔和預熱金屬表面時(shí)堡酗，連接質(zhì)量會(huì )提高呻戏。 典型應用在汽車(chē)行業(yè)躏仇。為此，我們提供了一種特殊的均質(zhì)器元件，可產(chǎn)生兩個(gè)用于清潔/預熱的小型前導光束和一個(gè)大型均勻光束，將能量均勻地分布在釬焊線(xiàn)上，以實(shí)現更好的熔化和更清潔的邊緣戈羊。

激光燒蝕過(guò)程

定制均質(zhì)機的能量分布

穿孔

穿孔是指在薄材料或纖網(wǎng)中的小孔。 激光打孔通常用于食品工業(yè)的薄片材料，例如煙頭紙或包裝箔紙（延長(cháng)了易腐食品的新鮮度和質(zhì)量）。這樣的應用需要具有相等距離的預設計圖案的精確微觀(guān)孔。光束分束器DOE提供了顯而易見(jiàn)的解決方案节沦。

食品包裝的激光打孔

9×9多點(diǎn)分束器

激光切割（金屬和玻璃）

激光切割的工作原理是引導高功率激光的輸出，通常通過(guò)一個(gè)光學(xué)系統&移動(dòng)臺旋州，掃描工件上的焦點(diǎn)并進(jìn)行切割。它通常用于工業(yè)制造應用中。其目的是在不增加聚焦光學(xué)系統焦距的情況下，擴大系統的聚焦深度须斥，或改善切割質(zhì)量庸毫，減少切割區域的剝落和材料重新熔化。

激光金屬切割

金屬激光切割是在聚焦激光束的焦點(diǎn)處局部加熱材料，使其高于熔點(diǎn)。由此產(chǎn)生的熔融材料被氣流噴射，從而形成開(kāi)口切口清当。

激光玻璃切割

玻璃激光切割或激光切割通常采用紅外波段的高功率激光進(jìn)行。由于玻璃對大多數波長(cháng)的光吸收較弱，因此需要更強大的激光切割玻璃。通過(guò)使用聚焦DOE，能量在玻璃晶片的大部分中傳播。這樣就可以進(jìn)行單程切割侯繁，而無(wú)需在切割過(guò)程中調整光斑的焦深和z移動(dòng)稳懒。這對于隱形切割尤其有用，在隱形切割中，激光改變玻璃使其變脆牺丙，而不是燒蝕切割，然后玻璃沿激光加工線(xiàn)進(jìn)行機械分離。

不同的激光鉆孔技術(shù)

不銹鋼管的激光微鉆

鉆孔

激光鉆孔是通過(guò)在材料上反復聚焦脈沖激光能量并蒸發(fā)熔化的材料來(lái)形成通孔的過(guò)程。 脈沖能量越大勿火，熔化和蒸發(fā)的材料越多。 多年來(lái)咪肝，已經(jīng)發(fā)展了幾種激光鉆孔技術(shù)，包括信號脈沖穆膜，敲擊，環(huán)鉆和螺旋鉆孔。 激光鉆孔可用于許多應用中，包括硅晶片和橡膠的鉆孔。

為了提高生產(chǎn)率和生產(chǎn)效率，我們的Multi-Spot分光鏡已被證明可以提供準確的結果。 平頂光束整形器可以提高孔的邊緣質(zhì)量和直徑精度，而渦旋相位板則可以鉆出環(huán)形形狀。

激光剝離

激光剝離（LLO）是一種從一種材料中選擇性的除去另一種材料的技術(shù)。 激光束穿過(guò)透明材料投射哼拔，并被背面的相鄰材料吸收，例如藍寶石上的GaN。 激光剝離分離工藝可處理具有所需精細度和可重復性的大面積設備。 因此，在LED工業(yè)中溃槐，分離發(fā)光膜以及在電視和移動(dòng)設備的顯示器中非常普遍。

其中M2轉換模塊是我們全精細線(xiàn)形解決方案的一部分兜粘，用于將多模式圓形輸入光束轉換為窄激光線(xiàn)，特別是在紫外和綠色波長(cháng)（343芬莫、355和532 nm）中。 我們的解決方案基于專(zhuān)有的衍射光束整形概念，可以針對從193nm深紫外到1600nm 紅外激光器的任何波長(cháng)進(jìn)行定制。 通過(guò)利用我們的解決方案，可以使用成本更低的多模式激光器在細線(xiàn)中實(shí)現有效的功率密度。

將基板與玻璃面板分離

表面處理（硬化和重熔）

激光表面處理的原理是用高功率密度相干光束與指定氣體（真空剃毒，保護性氣體或加工氣體）中的表面之間的相互作用而導致表面改性。 激光表面處理的一些典型用途是激光硬化和激光重熔杈笔。激光硬化是一種熱表面硬化工藝，在該過(guò)程中，材料會(huì )在高于臨界溫度的短時(shí)間內被加熱捞镰，然后迅速冷卻，從而防止金屬晶格恢復其原始結構并產(chǎn)生非常堅硬的金屬結構。激光重熔是表面處理的另一種熱方法檐薯。 將組件表面短暫加熱到熔化溫度以上。 然后熔體固化并重結晶，而化學(xué)成分沒(méi)有根本變化。

激光硬化

相關(guān)產(chǎn)品

平頂光束整形器

高帽/平頂式光束整形器將近高斯入射光轉換成強度均一的圓形，正方形，長(cháng)方形或線(xiàn)形的光斑宪凹。均一的輸出光斑可對工作面進(jìn)行相同的處理，以防部分區域過(guò)曝或曝光不足。此外，光束整形器將會(huì )輸出一個(gè)輪廓清晰且具有平頂特征的輸出光斑据鲁，其特征在于有一個(gè)尖銳的過(guò)渡區，該過(guò)渡區域在已處理和未處理區域之間創(chuàng )建了清晰的邊界，可在無(wú)像差鏡頭的無(wú)限遠或焦距處給出均勻的強度分布恃栽。

高頂（平頂）光束整形器的典型應用包括：激光蝕刻，激光焊接，激光打孔，激光劃片，醫療和美容激光應用。

螺旋相位板（渦流）

螺旋相位板將高斯輸入輪廓轉換為中心能量為零的甜甜圈形能量環(huán)寂普。螺旋相位板是一種獨特的光學(xué)器件，其結構完全由螺旋或螺旋相位階梯組成，其目的是控制透射光束的相位。

渦旋相位板通常用于采用單模激光的精確材料加工，該應用需要的環(huán)形直徑較小。對于多模激光或較大的環(huán)形直徑找爱，我們通常建議使用我們的衍射軸錐。渦旋相位板的其他典型應用包括高級顯微鏡應用，如STED顯微鏡和激光鑷子。

渦旋透鏡能量分布

沿光軸的細長(cháng)焦點(diǎn)能量分布

衍射分束器

衍射分束器(點(diǎn)陣分束器)是最基本的衍射光學(xué)元件之一，它的作用是把單個(gè)入射光分幾束或多束，且每束光都具有原始光束的特性（除了其功率和傳播角度變化，不改變初始光束的直徑、發(fā)散角和波前分布）蕊肖。分束器的輸出可以是一維排布县堰，也可以是二維排布，也可以實(shí)現線(xiàn)光斑陣列纽肄，排布完全可以由用戶(hù)定制站绑，這些通過(guò)設計分束器表面的衍射圖案來(lái)實(shí)現的易结。同時(shí)殷感，輸出光束的數量、光束間的夾角、直線(xiàn)的長(cháng)度和數量都可以任意定制。光束的個(gè)數更是不受限制渠跷，可以為2束、3束，也可以為幾百甚至上萬(wàn)束。我們提供大量的衍射分束器標準品供客戶(hù)選擇虏淋，包括一維光束陣列（1×N）或二維光束的矩陣（M×N）厦坛。僅1064nm一個(gè)波長(cháng)就有約100種標準型號谬泌，其中一維激光分束器的規格包括但不限于一分二祝沸、一分四、一分六、一分一百，二維光束分束器的規格包括2×2, 3×3, 7×7，100×100, 128×64等等，最高可達百萬(wàn)束。

根據元件上的衍射圖樣，衍射分束器可以生成一維光束陣列（1xN）或二維光束矩陣（MxN）备饭。衍射分束器與單色光（例如激光束）一起使用，可根據用于特定波長(cháng)和特定的輸出光束分離角度來(lái)設計叫胁。光束分離器的典型應用包括：激光刻劃忿韧，例如太陽(yáng)能電池或面板中的激光劃片，激光劃片，激光打孔，醫學(xué)/美容應用（例如皮膚護理），3D傳感和投影。

光束均化器（擴散器）

光束均化器（擴散器）的產(chǎn)品可使任何準直輸入光束轉換為具有強度均勻的輸出光束爬骤。對于任何波長(cháng)以及任何形狀都適用今伏。光束均質(zhì)器在許多需要清晰定義的光束形狀且強度分布隨機分布的應用中非常有用地啰。光束均質(zhì)器的輸出主要取決于輸入光束：在光束均質(zhì)器的使用上澳淑，相比單模激光，多模激光光束實(shí)際上更具優(yōu)勢，因為其較低的相干性會(huì )降低斑點(diǎn)的可見(jiàn)性兰斑，從而可得到強度更為均一的輸出光。

光束均化器（擴散器）的典型應用包括：激光束點(diǎn)整形；激光材料加工，例如：燒蝕，脫軌赠乞，標記，劃線(xiàn)和焊接；醫療/美容激光治療；準分子激光器的光束整形和熱點(diǎn)減少。

C形光束整形元件

我們開(kāi)發(fā)了定制的C形光束整形器元件，以改進(jìn)焊接工藝，C形強度分布在寬度/深度比方面具有優(yōu)勢，通過(guò)給氣泡一個(gè)逃逸焊縫的地方來(lái)減少氧化和消除熱裂紋，基于研究推薦，我們提供兩款新的C形產(chǎn)品：ST-332-I-Y-A（均勻 C）和 ST-333-I-Y-A（優(yōu)化邊緣強度分布）贴唇。

DeepCleave模塊——激光成絲切割模組

DeepCleave是一款革命性的激光玻璃切割產(chǎn)品，通常稱(chēng)為FI optics（成絲切割），即激光焦點(diǎn)被拉長(cháng)成絲狀，沿Z軸均勻分布。此外，DeepCleave還是一種衍射光學(xué)模組，用于沿聚焦深度（DOF）增加的區域以恒定峰值功率，將單模高斯輸入光束聚焦到束腰約為1.8 um的窄點(diǎn)上，通常范圍為0.25-3 mm。獲得的聚焦光斑相當于0.35 NA的物鏡儒舒，使DeepCleave模組成為一個(gè)完整的光學(xué)解決方案霜旧，無(wú)需使用額外的較高NA物鏡或其他高成本光學(xué)器件。

DeepCleave激光成絲切割模組通常用于近紅外波長(cháng)范圍的激光玻璃切割應用夭谤，非常適合切割厚玻璃，例如平面玻璃。盡管如此壤玫，在綠色可見(jiàn)光范圍內的應用也在一些微觀(guān)應用中取得了成功。

每個(gè)DeepCleave激光成絲切割模組在出廠(chǎng)時(shí)都附有一份全光特性和單獨的測試報告丐发。

DeepCleave光學(xué)設置

長(cháng)焦深透鏡

長(cháng)焦深透鏡可實(shí)現更長(cháng)的聚焦深度以及更高的橫向分辨率（更小的光斑尺寸）。長(cháng)的焦距深度要求小數值孔徑，小的光斑尺寸要求大數值孔徑秀剪，這兩者本來(lái)是相互沖突的，但長(cháng)焦深透鏡卻能夠使光束同時(shí)具備這兩個(gè)特性，因此其十分適合一些行業(yè)應用。例如激光鉆孔，透明材料的切割（玻璃缸濒，藍寶石等），激光過(guò)程監控/監測、顯微鏡躬它、激光度量學(xué)等等。

常規的光學(xué)元件（如球面透鏡，反射鏡等）屠等，并不能同時(shí)滿(mǎn)足這兩個(gè)特性。而我們的長(cháng)焦深透鏡能夠產(chǎn)生類(lèi)似于“長(cháng)的圓柱體”的長(cháng)焦深焦點(diǎn)，焦點(diǎn)具有銳利的邊緣和更長(cháng)的焦深，同時(shí)保持激光光斑尺寸非常小。

z-x平面的強度分布

長(cháng)焦深透鏡的作用是使入射光在焦距附近產(chǎn)生一個(gè)能量近乎均勻分布、焦深的長(cháng)度達幾十微米到幾毫米的焦點(diǎn)。相比于普通的光束焦點(diǎn)（能量非常集中，長(cháng)度和寬度都有限），通過(guò)長(cháng)焦深透鏡可把光束焦點(diǎn)拉長(cháng)為原來(lái)的幾十倍至上百倍，同時(shí)寬度基本保持不變。能量均勻的長(cháng)焦深光斑特別適合對材料進(jìn)行深度切割。

長(cháng)焦深透鏡和多焦點(diǎn)元件互為補充，與多焦點(diǎn)產(chǎn)品相比爽篷，長(cháng)焦產(chǎn)品的優(yōu)勢在于它可以沿自由度產(chǎn)生連續的強度分布，并且不會(huì )受到相鄰焦點(diǎn)之間能量較低的區域的影響，在激光材料加工等領(lǐng)域有重要應用。如果用1064nm的長(cháng)焦深DOE切割厚度2mm、折射率1.5的玻璃药锯，可以選用EF-004-I-Y-A配合25mm的聚焦鏡。這種情況下近沐，EF-004-I-Y-A的焦深長(cháng)度正好約為2mm，滿(mǎn)足切割要求郑藏，并且具有很好的切割效果，表面平整度高疯特、切割速度快。最近1030nm的長(cháng)焦深切割應用也越來(lái)越多硅堆，例如EF-003-J-Y-A，EF-010/015/016/026-J-Y-A考润。

多焦點(diǎn)衍射光學(xué)元件（DOE）

多焦點(diǎn)透鏡(多焦點(diǎn)DOE)是指使一束激光同時(shí)產(chǎn)生多個(gè)焦點(diǎn)的衍射光學(xué)元件里檬，光束在通過(guò)衍射光學(xué)元件后在激光傳播的方向上具有多個(gè)能量集中的焦點(diǎn)，滿(mǎn)足某些特殊場(chǎng)合的應用。焦點(diǎn)之間的間距近乎相等，一般焦點(diǎn)個(gè)數為2-15個(gè)不等挎挖，間距一般為幾十到幾百微米，各個(gè)焦點(diǎn)的能量也基本一致锉矢。

多焦點(diǎn)DOE有兩種配置：

• DOE由在其平面側蝕刻的具有預定焦距的平凸透鏡和衍射圖案組成。

• 為了獲得更大的靈活性，可以使用窗口DOE，以便在一定距離處獲得焦點(diǎn)，用戶(hù)在DOE之后添加常規的聚焦透鏡。鏡頭焦距決定工作距離（WD）

多焦點(diǎn)DOE也可用作長(cháng)焦元件，在諸如激光玻璃切割和激光微加工等應用中有效地增加了聚焦深度娃究。