利用asphericon光束成形改善激光材料加工

虽然高斯光束轮廓可以用于通过直接材料消融产生较小结构尺寸,但是其在消融深度和质量方面表现出了缺点。由于轮廓的特殊形状及光束边缘的强度降低,导致不均匀消融。与耶拿的Otto Schott材料研究所合作,asphericon分析了不同的聚焦强度分布(例如顶帽形、圆环形)对飞秒激光材料加工的适用性。

项目详情

光束成形特别适用于激光材料加工,如微加工领域中的切割、焊接和标记。虽然高斯强度分布可用于通过直接去除材料来实现较小结构尺寸,但是在去除深度和质量方面存在缺点。强度在光束边缘降低,从而导致不均匀消融。除了优化激光和加工参数,调整焦点强度分布为高精度结果提供了巨大潜力。asphericon与耶拿的Otto Schott材料研究所(OSIM)合作,分析了各种定制强度分布(如顶帽形、圆环形)对于在微米和纳米尺度上进行飞秒激光材料加工(如切割和标记)的适用性。

项目实现

为了获得不同的聚焦强度分布(尤其是顶帽形),使用了asphericon的a|AiryShape。其首先通过相位板将准直高斯光束转换成准直Airy或Bessel-sinc形状的强度轮廓。其次,聚焦透镜对输入强度函数进行傅立叶变换,相应傅立叶变换在其焦平面上发生。a|AiryShape允许通过一次设置在不同工作平面上生成多种强度分布(例如顶帽形、圆环形),同时其极短的总长度(17.3mm)令人信服。

图a-c显示了用不同光束轮廓执行的线扫描。与(不均匀)高斯轮廓(图a/d)相比,用a|AiryShape生成的光束轮廓(b/e:圆环;c/f:顶帽)显示了非常均匀的消融。光束成形装置适合于与通常用于材料加工的扫描仪和F-Theta透镜一起工作。

以下SEM显微照片显示了不锈钢上的单个光斑作为fs激光脉冲函数的结果(N=200)。由于脉冲能量在较大面积的分布,圆环和顶帽轮廓显示出了较低消融深度(范围5-10µm)。例如,这允许更均匀的材料消融。

激光材料加工光学元件一览;

  • 紧凑型光束整形镜,用于在不同的工作平面产生不同的聚焦光束轮廓(顶帽轮廓、圆环轮廓、光束腰形轮廓)
  • 由于脉冲能量在更大面积上更均匀的分布,通道宽度增大,消融深度减小
     

欲了解更多关于光束成形器a|AiryShape原理的信息,请访问asphericon.com/cn/产品/beamtuning/beamshaping

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