聚焦激光产业热门话题:超短脉冲激光器

时间:2014-10-14 14:06来源: Industrial Laser Solution作者:绿豆宝贝 点击:
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摘要:随着越来越多的企业举身投入到工业激光器领域,加上工业激光器的尺寸在缩小,成本在降低,而规格参数却在不断扩大,超短脉冲激光器目前在工业激光

关键字:激光产业,超短脉冲,飞秒激光器


  随着越来越多的企业举身投入到工业激光器领域,加上工业激光器的尺寸在缩小,成本在降低,而规格参数却在不断扩大,超短脉冲激光器目前在工业激光器世界倍受瞩目。在最近举办的慕尼黑光博会上,各种不同输出规格的超短脉冲激光器令人耳目一新。

  本文介绍的超短脉冲激光器被界定为脉冲长度小于1纳秒或更短。众所周知,激光器显微加工要实现边缘切割齐整,需要高性价比的产品,以及最关键的峰值功率强度。而这可以通过使用超短脉冲、超高脉冲、超小光斑尺寸或者综合使用以上所有方式来实现。在这些条件达到最优的时候,即使在波长“透明”的材料中也能实现边缘切割齐整的加工要求,而这几乎与波长无关。确切机制是很复杂的,而且仍存在一些争议,但确实能产出边缘切割齐整的激光加工零部件,而极少甚至完全不需要后期加工处理。

  激光器不同的连续波意味着激光灯总是亮着,对于超短脉冲激光器来说,激光灯亮的时间相对极短。

  比如,如果一个激光脉冲是100飞秒,那该激光器的重复率是100Hz,则该激光器实际开动的时间要比关闭的时间少多个数量级。实事求是地说,可以将坐标系统转换成我们人类容易理解的坐标系。如果100飞秒转换成1秒,在第一个脉冲后大约3.5年会有第二个脉冲,或者从另一方面说,激光关闭的时间比开着的时间长1亿倍。

  公司反馈

  当准备写这篇文章时,我们对表1和2中所列的所有公司的负责人做了一次问卷调查,并将他们的反馈相互关联起来。虽然这绝不是一个完整的调查,但也包括了激光加工市场上的大部分主要参与者,在此也向没包括在内的厂商表示歉意,同时非常欢迎你们的反馈。表中参与者被划分为皮秒和飞秒激光器,虽然在某些情况下这两者之间会有重合。表中的排名仅代表大多数标准产品线,尽管许多公司生产的定制系统的技术指标会超过表中所列的系统。

  皮秒激光器

  表1显示了皮秒激光器的主要供应商。在大多数场景下,基本波长是1064毫米,通过使用多种不同的技术获取。通常,商用上的可用输出功率会达到50瓦,TRUMPF和Edgewave这样的制造商能够达到几百瓦。大多数的被调查者表示,在几乎所有场景下,每一步的第二和第三谐波的转换效率在50%左右。一些供应商也提供了第四谐波,但这些往往非常昂贵,甚至与第三谐波比起来,光学降解非常快。

  超短脉冲激光器

  在表格的“优点”和“计划”栏中,包括了尺寸更小,功率更高,每次脉冲的频率更高,脉冲长度更短以及成本更低。此外,一些供应商正寻求通过使用更快速的扫描器(这在试图使用极高重复率时存在很大的限制)等应用工作来改进激光器之外的加工工艺,并为客户的定制应用提供支持。这是极为关键的,因为拥有了世界上最好的激光器,并不意味着就会自动获得最好的加工效果。同时还需要相应的优良系统组成部件,如光学器件,扫描器以及软件。

  有趣的是,相干(Coherent)公司(年收入近10亿美元)在去年收购了Lumera公司后,现在提供两种貌似互相竞争的产品——Talisker和Lumera型号激光器。目前尚不清楚未来将是何种状况,但目前来说,似乎Lumera激光器解决的是高功率和低功率的需求,而Talisker解决的是剩余的其它需求。

  飞秒激光器

  表2展示了主要的飞秒激光器供应商。所列的大多数供应商的输出功率能够达到25瓦,使用放大器技术后能够达到几百瓦。基波波长随着基础技术的不同而不同,大多数波长介于1028纳米至1064纳米,例外情况是大家都知道的Raydiance和Rofin。尽管使用更长的基波波长可能会带来好处,但并不适合更高的谐波,因为即便是四倍的波长,波长仍然只有375微米,还不是紫外线范围。在多数应用中,只要能够获得所需的光斑尺寸,这并不是问题。即便是在能够100%完全吸收光子并且没有热影响区域的情形下,简单的物理学也限制了使用红外光子时能够获得的目标上的光斑尺寸,因此在这些情形下,需要最小的光斑尺寸,频率转换非常重要。

  超短脉冲激光器

  这张表中所列的大多数公司只制造飞秒激光器,他们的优点中也列出了这一长期专长。尽管每一家公司都看重更低的成本,更高的功率和更小的尺寸,Spectra-Physics公司却正在寻求“破坏性”的性能,为了能从同行中脱颖而出,这可能是必须的,尽管还在探索达到目标的方法。

  表格中未涉及脉冲波形的时序和空间问题。拥有性能良好、界限明确、边缘切割整齐的脉冲,而需要极少或不需要基座,这至关重要。图1展示了一个不需要基座和底部的边缘切割整齐的脉冲。此外,对于大多数应用来说,需要圆形高斯光束,如图2所示。
【光粒网综合报道】( 责任编辑:yeyan )
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