• <th id="9ciii"><track id="9ciii"></track></th>
    1. <dd id="9ciii"></dd>

      視頻      在線研討會
      半導體激光器 激光切割 激光器
      工業應用
      紫外飛秒脈沖與 PSO 技術結合實現高質量和高產量
      材料來源:MKS光電解決方案           錄入時間:2023/8/31 21:19:26

      超短脈沖 (USP) 激光器,尤其是飛秒激光器,能夠干凈利落地燒蝕材料,同時最大程度減少熱效應和碎屑形成,因而成為眼科手術、醫療設備和植入物、先進微電子和平板顯示器等領域中眾多精密應用的理想光源。為了在提高產量的同時保持出色質量,無論何種應用,都迫切需要更高的功率、更短的波長和更先進的技術。為應對這一需求,MKS Spectra-Physics® 推出 IceFyre®FS UV50 激光器,可在 1.25 MHz 的重復頻率下提供 50 W 紫外線 (UV) 波長的飛秒脈沖輸出。

      在較高的功率水平和脈沖頻率下,要想在保持飛秒脈沖特有的低熱影響區 (HAZ) 的同時實現高產量可能相當困難。要做到這一點,對于給定軌跡,光束掃描速度應盡可能快,同時工件上的激光脈沖間距應均勻,以確保加工均勻度。掃描振鏡很常用,因為它們的加速度極高,能夠在較長較直的線段上達到每秒幾十米的速度。然而,隨著幾何形狀彎曲和/或改變方向,掃描速度可能會大大減慢。

      為了在保持加工質量的同時最大限度提高產量,激光源輸出脈沖的頻率必須可控并且與軌跡速度成比例變化,同時脈沖能量和光束參數保持不變。有一種能力可以發出能在任意時間點上觸發的穩定一致脈沖,一般稱為按需脈沖 (POD)。這種能力對于控制激光器的脈沖頻率以保持這些脈沖在移動工件(或來自移動光束)上處于理想位置等工作是必要的,這類技術通常稱為位置同步輸出 (PSO)。PSO 既需要一套運動控制系統以與軌跡速度成比例的頻率產生電觸發脈沖,又需要一個能夠接受這種信號的激光源,以“按需”的方式提供穩定的光脈沖。圖 1 以由低速圓角和高速直線段組成的軌跡為例,說明了 PSO 的原理。

      圖 1. PSO 控制可使恒定能量激光脈沖在材料上沿整條變速軌跡(例如圓角矩形)保持恒定間距。

      結合多軸線性位移臺運動和高速振鏡,PSO 展現優異的性能,實現高產量。配用線性位移臺后,PSO 的優勢是整條軌跡的速度不必受限于圓角的速度。而對于振鏡加工,優勢是觸發激光脈沖不需要將反射鏡加速到最大速度。

      在運動控制方面,PSO 的性能優勢在線性位移臺系統中相對成熟,擴展到振鏡掃描儀是最近的事。然而,與PSO 兼容的先進激光技術卻不那么完善,特別是在較短波長下工作的飛秒激光器。傳統超快激光器的 MOPA(振蕩器加功率放大器)結構對實現 PSO 操作需要的脈沖輸出同步提出了挑戰。這是由于系統的脈沖選擇性質,即由自由運行的振蕩器定義一個基礎頻率,從中選擇并放大脈沖。受到這種固定頻率振蕩器的影響,不可避免地會產生時間抖動,即請求(“觸發”)脈沖和發射脈沖之間時間延遲的變化,這會導致脈沖在工件上出現空間定位誤差(“空間抖動”)。即使采用先進的技術,例如將所選脈沖從默認位置轉移到鄰近脈沖以便最好地匹配到軌跡上所需的位置,結果仍然可能不盡人意。就其本質而言,傳統的 USP 激光器結構可以在位置精度受限的前提下保持脈沖能量穩定,或者在降低脈沖能量穩定性的前提下改善脈沖位置,但兩者不能兼得。不過,激光技術的進步已經在很大程度上克服了這個問題,F在,某些激光器設計架構能夠在任意頻率下進行脈沖生成、放大和諧波(波長)轉換,同時保持良好的脈沖能量穩定性和光束質量。這樣就能實現 POD 能力。

      IceFyre FS UV50 激光器就具備 POD 能力,可“按需”提供能量和光束參數不變的脈沖。為了證明 PSO 能力的優勢,MKS 的應用工程師進行了一系列實驗,使用激光器與針對 PSO 操作配置的高速雙軸振鏡掃描系統配合。

      圖 2 所示為掃描速度為 1 m/s、5 m/s、10 m/s 和 15 m/s 時,使用 (a) 常規自由運行方法、(b) Skywriting 技術和(c) PSO 方法處理的一系列 1×1 mm 方塊一角的顯微鏡圖像。

       圖 2. 采用了 (a) 自由運行、(b) Skywriting 和 (c) PSO 技術,使用超快紫外激光器加工的 1×1 mm 方形一角的顯微鏡圖像。

      在常規方法和 Skywriting 方法中,針對每個速度對激光PRF(脈沖重復頻率)進行調整,以保持 25 µm 的恒定脈沖間距。在 PSO 方法中,則通過對控制軟件進行編程來保持脈沖間距為 25 µm 且整個軌跡上的脈沖能量始終一致,不受實際速度影響。

      結果總結如下:

      圖 2(a):顯示使用自由運行方法時,掃描儀反射鏡加速和減速的邊角處光斑間距更密。因此,使用這種技術加工會導致光斑間距不均勻,從而產生熱效應,降低加工質量。對于許多應用而言,這種邊角質量完全不能接受,而且這個過程必須以大約 1 m/s 的低掃描速度執行,遠遠低于激光器和掃描儀的能力。

      圖 2(b):所示為使用 Skywriting 技術產生的結果,從質量的角度來看可以接受。然而,在 skywritting技術中,會在軌跡路徑里增加引入和引出線段,在這些線段里激光會關閉,直到振鏡達到對應的目標速度。因此,盡管能夠實現光斑間距的均勻度和總體質量目標,但需要更長時間來完成軌跡,從而導致產量降低。

      圖 2(c):最后,通過實施 PSO,在所有速度下均可保持光斑間距和脈沖能量不變,從而獲得出色的質量和高產量。

      高質量金屬雕刻是 USP 激光器為人所熟知的一項應用。然而,如果希望使用現有的高功率激光源實現優異質量和產量,就需要 PSO 的性能優勢。為證明這一點,使用上述三種加工技術(自由運行、Skywriting 和 PSO),在不銹鋼上雕刻 1×1 mm2 方形,掃描器運行速度為 7.5 m/s。將參數調整為使光斑間重疊和交叉線重疊均為 50%。使用 3D 共聚焦顯微鏡對激光銑削的特征進行分析,結果如圖 3 所示。

      圖 3. 使用自由運行(上)、Skywriting(中)和 PSO(下)技術進行不銹鋼雕刻的 3D 共聚焦圖像和分析。

      使用傳統自由運行技術時,由于掃描儀運動中重復加速和減速階段的重疊率高,圖案邊緣雕刻過度。使用 Skywriting 和速度觸發技術得到的結果質量接近。不過,使用 PSO 的加工速度明顯快于 Skywriting(>40%),展示出這項技術的明顯優勢。

      更高的激光功率自然會帶來更高的加工產量,但配套設備必須滿足任務要求。高速振鏡掃描儀和精密運動位移臺提供的能力可以在激光脈沖與加工工件的軌跡之間實現精確的時空同步。IceFyre FS UV50 激光器的紫外波長和飛秒脈沖寬度與先進的 PSO 脈沖控制技術結合時同樣能實現出色加工質量,同時還可以最大程度提高產量。

      產品:IceFyre FS UV50 激光器

      IceFyre® FS UV50 激光器是市面上表現優異的紫外飛秒激光器,在1 MHz 時提供 >50 W 的紫外輸出功率,脈沖寬度 <500 fs。它是經過行業驗證的 IceFyre 平臺的最新產品,具有令人驚嘆的通用性和性能,以極低的購置成本滿足各種高精度飛秒微加工應用的需求。用戶可配置的 TimeShift 脈沖串模式功能可實現燒蝕效率更高的微加工,從而提高特定材料的產量和質量。高達 50 μJ 的脈沖能量和單脈沖到 3 MHz 的重復頻率使 IceFyre FS UV50 成為燒蝕和切割應用的理想光源。該激光器的設計可為高掃描速度的優質加工實現同類激光器中時間抖動極其低的按需脈沖 (POD) 和位置同步輸出 (PSO) 觸發功能?蛻舻靡嬗诠I上可獲得的短脈沖寬度和優異的光束質量,能夠以高產量在幾乎不產生熱影響區 (HAZ) 的情況下以高精度和質量加工高難度部件。IceFyre FS激光器為工業用途而設計,以優異的性價比實現穩定可靠的全天候運行。IceFyre FS 基于 Spectra-Physics 的 It’s in the Box 設計,將激光器和控制器集成到極其小的封裝中。

      文章來源:MKS光電解決方案  

      注:文章版權歸原作者所有,本文僅供交流學習之用,如涉及版權等問題,請您告知,我們將及時處理。


      上一篇:銳科激光助力船舶行業 下一篇:激光設備功率靈活搭配實現薄板切割...

      版權聲明:
      《激光世界》網站的一切內容及解釋權皆歸《激光世界》雜志社版權所有,未經書面同意不得轉載,違者必究!
      《激光世界》雜志社。



      激光世界獨家專訪

       
       
       
      友情鏈接

      一步步新技術

      潔凈室

      激光世界

      微波雜志

      視覺系統設計

      化合物半導體

      工業AI

      半導體芯科技

      首頁 | 服務條款 | 隱私聲明| 關于我們 | 聯絡我們
      Copyright© 2024: 《激光世界》; All Rights Reserved.
      国产福利一区二区久久|正在播放国产剧情|伊人久久大杳蕉综合|国产真人一级a爱做片
    2. <th id="9ciii"><track id="9ciii"></track></th>
      1. <dd id="9ciii"></dd>