資源描述：
《DPSS激光微加工技術(shù)9》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫(kù)。
1、266nmDPSS激光微加工技術(shù)RonaldD.Schaeffer博士大約十年以前，第一臺(tái)商業(yè)化二極管泵浦固態(tài)(DPSS)激光器正式誕生，其可用波長(zhǎng)為355nm。這種激光器的光束為高斯分布，模式接近TEM00模，M2接近為1。光束的高斯分布和所能得到的高重復(fù)頻率使得這種激光源十分適合用于材料的切割，鉆孔或者是打標(biāo)。大部分的材料對(duì)于355nm波長(zhǎng)的激光響應(yīng)很好，本刊英文版曾介紹過(guò)其用于聚合物加工(ILS,May2002)和金屬加工(ILS,December2004)的比較結(jié)果。DPSS激光器還有許多其他吸引人的特
2、質(zhì)，如表格中所示。但其中最引人注目的是，一旦啟動(dòng)激光器，它可以連續(xù)工作幾千小時(shí)而幾乎不需要任何的維護(hù)措施。就我們所知，目前266nm商用激光器中具有最高平均功率的是3WAvia系列激光器。當(dāng)使用激光器進(jìn)行材料加工時(shí)利用的是材料的吸收特性(比爾定律)。通常，材料吸收的能量越多，加工結(jié)果越好。此外，加工過(guò)程干凈而且精確，熱影響區(qū)域小，其關(guān)鍵是打在材料上的激光具有峰值的功率密度，同時(shí)，脈沖能量大，脈寬短且光斑小，并且能量百分之百被吸收。因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)更短的原因，通常在相同的光學(xué)系統(tǒng)條件下，我們使用266nm的激光比355n
3、m的激光所得到的光斑更小，脈寬更短。我們發(fā)現(xiàn)，使用355nm激光能夠做到的，使用266nm激光都同樣能夠做到，并且后者通常效果更好(但速度上并非總優(yōu)于前者)，并且，我們使用266nm激光可以進(jìn)行許多使用355nm激光不能進(jìn)行的加工。大部分266nm激光器使用振鏡式導(dǎo)光系統(tǒng)，這種系統(tǒng)既簡(jiǎn)單又有效。場(chǎng)透鏡的焦距決定了光學(xué)分辨率和工作距離，不過(guò)大部分的光學(xué)裝置有1英寸到6英寸的場(chǎng)，光斑大小范圍從10到30微米。我們安裝了一套特定的系統(tǒng)，使用了Scanlab的三軸掃描頭，它具有30英寸的場(chǎng)距。如果使用同軸的輔助氣體，那
4、么也可以使用固定的導(dǎo)光系統(tǒng)，但是對(duì)于大部分的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，速度的降低將帶來(lái)不便，但對(duì)于大批量應(yīng)用來(lái)說(shuō)是例外，這種情況下光束在材料上畫出簡(jiǎn)單的直線，如晶圓切割。在其他涉及圓圈，圓弧，或者更復(fù)雜圖形的應(yīng)用中，振鏡是迄今最典型和有效率的方法。DPSS激光器的巨大優(yōu)勢(shì)在于，它可以在幾乎不需任何設(shè)置要求的情況下，將CAD文件輸入到激光控制軟件中，從而降低設(shè)置時(shí)間和成本。與準(zhǔn)分子激光器相比，只要軟件足夠好，對(duì)DPSS激光器進(jìn)行設(shè)置是直接并且方便的。如果你需要紫外光，那么355nm是最佳選擇，266nm是次好選擇，最后是準(zhǔn)分子激
5、光。這里并不是否定準(zhǔn)分子激光技術(shù)，而是因?yàn)檫@種激光與DPSS激光相比非常的昂貴，并且很難操作，不過(guò)還是有許多的加工由準(zhǔn)分子激光器來(lái)進(jìn)行最為有效，而且還有許多的加工是其他激光器所不能做的。準(zhǔn)分子激光器更適合在對(duì)尺寸、切口整潔程度的要求高于速度和成本的場(chǎng)合。尤其是當(dāng)?shù)玫降膱D案尺寸小、密集又一致時(shí)，使用這項(xiàng)技術(shù)可以比較合算。圖1使用266nm激光對(duì)陶瓷機(jī)心軸上生物相容性材料的切割圖2.使用266nm激光在玻璃內(nèi)部打標(biāo)記圖3.使用266nm激光切割Teflon塑料圖4.不銹鋼切割的對(duì)比：(a)355nm和(b)266n
6、m。圖5.氧化鋁切割對(duì)比：(a)355nm和(b)266nm圖1給出了在陶瓷機(jī)心軸上生物相容性材料的切割。切口是利用266nm激光切割的，可以看到的激光切口干凈而平整，與常用于該加工的193nm激光器所能得到的結(jié)果類似。當(dāng)然，這里需要一些技巧，但是在這種材料上得到很好的切口是可能的，實(shí)際上該材料可以吸收足夠的能量，但是它對(duì)于加熱極其敏感。隨著生物相容性材料作的支架代替金屬支架，可以預(yù)測(cè)，僅于對(duì)此產(chǎn)品也將有幾百臺(tái)266nm激光器被投入使用。圖2給出了一個(gè)在玻璃里標(biāo)記的二維代碼。通常，即使使用了紫外激光，表面標(biāo)記也
7、會(huì)產(chǎn)生一些微裂痕或者碎屑，但是266nm激光使得我們可以真正在塊狀材料內(nèi)部得到可讀的標(biāo)記，并且該標(biāo)記不會(huì)產(chǎn)生可擴(kuò)散的壓力。圖3給出了用266nm激光切割的Teflon材料。其獨(dú)特的地方在于，在266nm附近，材料對(duì)能量的吸收并不多，但激光切割時(shí)又能很好的象193nm激光或者更好的157nm激光一樣來(lái)熔融材料。這樣，我們得到的加工條件讓我們能在更快的速度下得到準(zhǔn)分子激光加工的質(zhì)量，并且不需要對(duì)光路抽真空或者進(jìn)行凈化程序。圖4給出了兩幅對(duì)不銹鋼加工的圖片，厚度為1.2mil，入口處D僅有120μm，中心之間的間距為
8、170μm。非常明顯，355nm激光(a)雖然表現(xiàn)也不錯(cuò)，但是266nm激光得到的結(jié)果更好。同樣的結(jié)果在圖5中也可以看到，該圖中，同樣大小和間距的孔打在8mil厚的氧化鋁陶瓷上。對(duì)比性的試驗(yàn)(圖4和圖5)中應(yīng)用的光斑大小(約為15μm)，目標(biāo)材料上的能量密度，掃描速度等等參數(shù)都幾乎相同，唯一不同的是DPSS激光的波長(zhǎng)不同。2002年的文章中，我們?cè)劦剑跋Ｍ贤饧す夤庠茨軌蛱峁┚哂泻?/p>
