平(píng)頂光束整形器(qì)在激光加(jiā)工(gōng)與材料處理(lǐ)方向(xiàng)上的應用

激(jī)光加工(gōng)與材料處理(lǐ)無(wú)疑(yí)是激(jī)光(guāng)器(qì)大的應(yīng)用領域之一。近年(nián)來在(zài)傳統的(dí)切割
，焊接
，打標(biāo)的基礎上，越來(lái)越多(duō)的新激(jī)光加(jiā)工(gōng)處理工藝被開發出來並(bìng)迅(xùn)速(sù)在(zài)業界(jiè)推(tuī)廣。不同(tóng)種類的工藝(yì)使用(yòng)各(gè)種(zhǒng)波長
，強(qiáng)度
，脈衝寬(kuān)度的激(jī)光，也(yě)對光斑形貌(mào)
，分(fēn)布
，景(jǐng)深等提出豐(fēng)富的(dí)要(yào)求。
DOE 在(zài)針(zhēn)對特定(dìng)激(jī)光(guāng)加工(gōng)處(chǔ)理應(yīng)用的(dí)光斑(bān)優化中扮(bàn)演核心角色。通(tōng)常采(cǎi)用DOE可(kě)以從兩(liǎng)方麵(miàn)優化激光(guāng)加工(gōng)處(chǔ)理(lǐ)的效(xiào)果
：倍(bèi)增處理(lǐ)速率和(hé)產率；提(tí)升處(chǔ)理(lǐ)精度，如邊緣(yuán)整齊度(dù)
，熱影響(xiǎng)區(qū)域(yù)
，處理(lǐ)效(xiào)率等。

熔蝕(shí)與構造(zào)
激光(guāng)熔蝕(shí)是指通過激光輻照從材料（通常是固(gù)體）表(biǎo)麵(miàn)去(qù)除材料。熔(róng)蝕通常采(cǎi)用小區域(yù)高能量脈衝實現。激光(guāng)溶(róng)蝕(shí)具有(yǒu)多種(zhǒng)用途(tú)，如納(nà)米(mǐ)材(cái)料製備，金(jīn)屬或介(jiè)電薄膜(mó)沉(chén)積(jī)，超導(dǎo)結(jié)構(gòu)製備，金屬部件(jiàn)常規(guī)焊接(jiē)與邦定，MEMS結(jié)構加工等。
采(cǎi)用平(píng)頂發(fā)生(shēng)器或渦旋位(wèi)相板可以產生邊(biān)界(jiè)銳(ruì)利的(dí)光斑構(gòu)型，在(zài)溶(róng)蝕(shí)過(guò)程(chéng)中確(què)保(bǎo)精(jīng)確的材料(liào)移除範圍。多(duō)焦(jiāo)點分(fēn)束器可(kě)以(yǐ)實現(xiàn)並(bìng)行(háng)處理(lǐ)，提(tí)升產率。

圖3.1 激光(guāng)溶蝕（上）與表麵(miàn)構型（下）

☛相關(guān)DOE產(chǎn)品
：平頂(dǐng)光發生(shēng)器(qì)，渦(wō)旋位相(xiāng)板(bǎn)，分束器(qì)
焊接
采(cǎi)用激(jī)光可將多(duō)個金屬或塑(sù)料(liào)機件(jiàn)連(lián)接在(zài)一起(qǐ)。激光光(guāng)束(shù)提(tí)供(gōng)一(yī)個集中的(dí)熱源(yuán)，實(shí)現(xiàn)高(gāo)速(sù)率(shuài)
，大深(shēn)度(dù)
，窄縫(féng)寬焊接。激(jī)光焊(hàn)接通(tōng)常在(zài)大(dà)規(guī)模製(zhì)造中(zhōng)自動化(huà)進行(háng)。與(yǔ)切割技(jì)術協同，激(jī)光焊接可用於(yú)多種(zhǒng)焊(hàn)接類(lèi)型（點(diǎn)焊(hàn)，直(zhí)/曲綫(xiàn)焊，釺焊(hàn)等）。
能量(liáng)分(fēn)布(bù)均(jūn)匀的激(jī)光有(yǒu)助於(yú)焊(hàn)接(jiē)溫度的(dí)均(jūn)匀(yún)分布(bù)，生成(chéng)高質量(liáng)焊(hàn)縫。采(cǎi)用(yòng)分束器產生的(dí)多焦點焊(hàn)接(jiē)，可提升加工速(sù)率。

圖3.2 激光(guāng)焊(hàn)接（左）與(yǔ)平頂光(guāng)斑（右(yòu)）

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：平(píng)頂發(fā)生器(qì)，匀化(huà)器(qì)，分束器(qì)，C型(xíng)發生器，高效率雙焦DOE
釺(qiān)焊
在釺焊過程中(zhōng)，激(jī)光燒熔焊條並將(jiāng)兩塊金屬(shǔ)焊(hàn)接在(zài)一(yī)起，這種(zhǒng)工藝(yì)廣泛使用(yòng)在汽(qì)車工業中。如果被焊接(jiē)金(jīn)屬在(zài)焊(hàn)條熔(róng)融之前被清潔
，預(yù)熱(rè)，將能提升(shēng)焊接(jiē)效果。
專門為這(zhè)種(zhǒng)工藝訂(dìng)製的(dí)匀化器(qì)，可(kě)以在主焊的(dí)平頂光(guāng)斑前(qián)端兩側產(chǎn)生兩(liǎng)個小光斑用(yòng)於(yú)待焊金屬(shǔ)的清洗(xǐ)和(hé)加熱(rè)，提(tí)升釺焊的(dí)強(qiáng)度(dù)和焊縫的整(zhěng)潔度。

圖3.3 激光釺焊（左(zuǒ)）與(yǔ)訂(dìng)製光(guāng)斑(bān)（右）

☛相關DOE產(chǎn)品
：訂(dìng)製(zhì)光(guāng)束(shù)匀化(huà)器
激(jī)光微孔
激光微孔加(jiā)工(gōng)是(shì)指利(lì)用(yòng)激(jī)光(guāng)在(zài)薄料(liào)上(shàng)打(dǎ)小(xiǎo)孔，通(tōng)常(cháng)用(yòng)於(yú)薄(báo)片或薄(báo)膜(mó)，如(rú)香(xiāng)煙(yān)卷紙
，食品(pǐn)包裝紙（延(yán)長(cháng)保(bǎo)質(zhì)期和新鮮(xiān)度）。這類(lèi)應(yīng)用(yòng)需要精密的
，等(děng)間(jiān)距的微(wēi)孔，分(fēn)束型DOE是理想的產品。

圖(tú)3.4 食(shí)品(pǐn)包裝紙微(wēi)孔（左）與(yǔ)多(duō)點光斑

☛相(xiāng)關(guān)DOE產品
：分束器（多點DOE）
金屬(shǔ)及(jí)玻璃切割(gē)
激光切(qiē)割通過將(jiāng)高(gāo)功率(shuài)激光(guāng)引導並聚焦(jiāo)到工件(jiàn)表麵，通過運(yùn)動機(jī)構掃描(miáo)並(bìng)按路綫(xiàn)切(qiē)割工件。激光(guāng)切割為工業製造(zào)的(dí)重要(yào)手段(duàn)；常常需(xū)要在不(bù)使用(yòng)長焦(jiāo)透鏡(jìng)的(dí)情況下延長焦點(diǎn)的焦深，以減少切割(gē)區(qū)域的崩(bēng)邊
，熔邊，提(tí)升切割質(zhì)量。
金(jīn)屬(shǔ)切(qiē)割(gē)利(lì)用激(jī)光聚焦(jiāo)產(chǎn)生的局(jú)部熱(rè)量(liáng)加(jiā)熱(rè)材(cái)料，達(dá)到熔(róng)點(diǎn)以切斷(duàn)樣(yàng)品(pǐn)。融化的金(jīn)屬(shǔ)被(bèi)氣流(liú)帶走。
玻(bō)璃切(qiē)割通(tōng)常使(shǐ)用紅外(wài)波段(duàn)的高(gāo)功(gōng)率激光器。因為玻(bō)璃吸收(shōu)較(jiào)低，因此需(xū)要(yào)更高功(gōng)率(shuài)的激光；使用DOE可拉長(cháng)焦(jiāo)深，使得能(néng)量(liáng)在(zài)玻璃(lí)的(dí)內(nèi)部(bù)沉積，實現(xiàn)單次切(qiē)割，而(ér)不(bù)需(xū)要調(tiáo)整焦點(diǎn)位置後再(zài)次掃描。這種方式(shì)對於(yú)隱裂(liè)切割特(tè)別有(yǒu)用，局部受熱(rè)使(shǐ)得切縫變(biàn)脆而不(bù)是熔融(róng)，後續可(kě)用機(jī)械(xiè)方式沿(yán)切(qiē)縫(féng)分(fēn)離。

圖3.5 金屬切割(gē)與環形(xíng)光(guāng)斑（上），玻璃切割(gē)與貝塞爾(ěr)焦斑(bān)（下）

☛相關(guān)DOE產品(pǐn)
：金屬(shǔ)切(qiē)割(gē)
：渦(wō)旋位(wèi)相板(bǎn)
，平(píng)頂發(fā)生器(qì)；
玻(bō)璃(lí)切割
：DeepCleave；貝(bèi)塞爾DOE；多(duō)焦(jiāo)點(diǎn)DOE。
鑽孔
激(jī)光(guāng)鑽孔利用(yòng)聚焦(jiāo)的重(zhòng)復(fù)脈(mài)衝激光器汽化(huà)金(jīn)屬，形(xíng)成(chéng)通(tōng)孔。脈衝能(néng)量越大則汽化的(dí)金屬(shǔ)越多(duō)。作(zuò)為激(jī)光(guāng)加工(gōng)領域主(zhǔ)流(liú)應用之(zhī)一，多年來發展(zhǎn)了各(gè)種打孔(kǒng)技(jì)術
：單(dān)脈衝，叩(kòu)擊(jī)，旋(xuán)轉打(dǎ)孔，螺旋打(dǎ)孔(kǒng)等(děng)。激光打(dǎ)孔(kǒng)在多種場(cháng)景(jǐng)應(yīng)用(yòng)，包(bāo)括橡膠
，矽(guī)襯底(dǐ)等。
配(pèi)合打能(néng)量激光(guāng)器，分(fēn)束(shù)（多點）DOE可(kě)用於提升鑽(zuān)孔(kǒng)產(chǎn)率；平(píng)頂(dǐng)型(xíng)光斑(bān)有(yǒu)利於提升(shēng)孔(kǒng)壁的垂(chuí)直度和(hé)邊(biān)緣銳度(dù)；渦旋濾光片可用(yòng)於環(huán)形孔。

圖3.6 激(jī)光鑽孔(kǒng)工藝(yì)（左），金屬(shǔ)管(guǎn)打孔(kǒng)（右）

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：多點分束器，平頂發(fā)生器，渦旋濾光片(piàn)
激(jī)光剝(bāo)離
激(jī)光剝離（Laser Lift Off, LLO）是(shì)一(yī)種(zhǒng)選擇(zé)性的(dí)分離兩種材料(liào)的(dí)技(jì)術(shù)。激光(guāng)投(tóu)射到(dào)襯底(dǐ)與(yǔ)鍍(dù)層(céng)材料(liào)（如藍寶石(shí)襯(chèn)底上(shàng)的GaN）中間的粘結層上(shàng)。激光剝離可(kě)以(yǐ)處(chǔ)理大尺(chǐ)寸器(qì)件(jiàn)並(bìng)達到要(yào)求的精度與(yǔ)可重(zhòng)復性。因此(cǐ)，激(jī)光玻(bō)璃在LED工(gōng)業中(zhōng)剝(bāo)離發光(guāng)薄膜中廣泛(fàn)使用，同(tóng)時(shí)也(yě)用(yòng)於(yú)顯示
，移動(dòng)終(zhōng)端等(děng)製(zhì)程(chéng)。
LeanLine^TM為專(zhuān)門(mén)為(wéi)LLO開發的DOE，將圓(yuán)形多模光斑變換成為(wéi)細綫分布(bù)，適用於(yú)紫(zǐ)外及綠色(sè)激光(guāng)（343，355，532nm）。這種(zhǒng)解決方(fāng)案(àn)基於(yú)專(zhuān)有(yǒu)的(dí)衍射光學光(guāng)束(shù)成(chéng)型(xíng)技(jì)術，可以(yǐ)很容易的擴(kuò)展至(zhì)任(rèn)意(yì)波(bō)長（193nm - 1600nm）。采用這種方案(àn)，用(yòng)戶(hù)可以使(shǐ)用(yòng)成本較(jiào)低的多模(mó)激光器實現(xiàn)高功(gōng)率密(mì)度的綫光源。

圖3.7 LeanLine^TM 綫聚(jù)焦(jiāo)（左）與(yǔ)柔(róu)性材(cái)料(liào)剝離（右）

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：綫(xiàn)光斑(bān)發生器(qì)
表麵處理（硬(yìng)化與熔(róng)覆(fù)）
激光表(biǎo)麵處理(lǐ)的原(yuán)理基於(yú)高(gāo)功率密度(dù)的(dí)相關激光與(yǔ)表麵在特(tè)定(dìng)氣氛(fēn)（真空，保護(hù)氣，過程(chéng)氣(qì)）下的相互(hù)作用導致的表(biǎo)麵改性。典型的應用(yòng)包(bāo)括表麵硬(yìng)化與表麵熔覆(fù)。
表麵硬化(huà)是一種熱處(chǔ)理(lǐ)，通(tōng)過將(jiāng)材(cái)料在短(duǎn)時間內(nèi)加熱(rè)至臨界(jiè)溫度以上並(bìng)迅速冷(lěng)卻(què)，金(jīn)屬(shǔ)晶格(gé)將不能恢(huī)復(fù)初始結構並(bìng)達到很(hěn)高(gāo)的(dí)硬度。
表(biǎo)麵(miàn)熔(róng)覆(fù)是(shì)另(lìng)一種(zhǒng)熱處(chǔ)理過程。元件表(biǎo)麵被(bèi)加(jiā)熱(rè)至(zhì)熔(róng)點(diǎn)，熔(róng)融物(wù)固化並結(jié)晶，而其(qí)化學(xué)成份不便。

圖(tú)3.8 激(jī)光熱(rè)處(chǔ)理

☛相關DOE產品(pǐn)
：匀化器(qì)，平頂發生(shēng)器(qì)。