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时至今日,激光加工技术因其高效率,高精度,非接触式加工等特点,已经成为了工业应用的宠儿,为优质,高效,环保的加工生产开辟了广阔的前景。

激光,作为新兴加工技术,面临着更多的挑战。由“热加工”效应所带来的热影响区,熔凝残渣及应变裂纹是限制工件加工精度,效率和工艺重复性提高的主要原因。

CO2激光,光纤激光以及半导体激光是目前工业应用中的主流激光,其激光脉宽都在微秒,纳秒水平。这一脉宽水平的激光是通过光热作用来移除材料,都会有“热加工”效应。

伴随着工业应用的发展,对加工的可行性,加工的品质以及加工的效率都提出了更高的要求。对于激光微加工领域一些要求严苛的加工任务来说,“热加工”所衍生的不良效果使得微秒,纳秒级脉宽水平的激光无法满足其要求。

为了进一步提高加工精度,减少加工过程中存在的热影响以及热影响带来的衍生不良效果,皮秒激光逐渐渗透到工业应用领域。皮秒激光打标机具有皮秒级超短脉宽,加工材料时激光光子直接破坏目标材料的结合键,这相对来说是一种“冷”加工过程,热影响区很小,几乎没有热影响区,整个加工过程很干净,没有重铸材料,因而很少需要后期再加工。皮秒激光这些特点注定了它在激光微加工领域的重要地位。

高功率皮秒激光器以其高峰值功率、窄脉冲宽度(10-12s),在材料精细微加工、LED芯片划片、太阳能光伏,科学研究等领域得到了广泛的应用。相对于传统纳秒激光(10-9s),采用皮秒激光打标机加工材料,具有加工精度高、热效应极小、加工边缘无毛刺等优点。

相对于飞秒激光(10-15s),皮秒激光也有不少优势,由于不需要为了放大而展宽和压缩脉冲,皮秒激光器结构相对简单,因此成本效益更高,性能更可靠。同时,皮秒脉冲仍短到足以应付非常精确和无应力的微细加工。

目前国内工业领域对于皮秒激光器的需求量很大,一年要在800台以上,大部分依赖于进口,价格昂贵,维护也非常麻烦。国内有几家提供皮秒激光器产品,受限于稳定性问题,市场占有率较低。

工业用高功率皮秒激光器单脉冲能量通常需要达到微焦,甚至亚毫焦量级,而锁模种子激光器的频率达到MHz以上,种子的单脉冲能量通常为nJ量级,为了获得高的单脉冲能量,可以通过选脉冲技术将种子频率降低,然后通过高增益放大器实现高单脉冲能量输出。

皮秒激光打标机的皮秒激光器工作结构主要包括种子激光器,选脉冲单元和放大器三个部分。MHz高频种子光脉冲通过声光或者电光调制器,选出kHz激光脉冲,脉冲再经过单级或者多级放大实现高单脉冲能量输出。

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