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：高斯、圆环和顶帽轮廓之间的比较。 a–c=通过飞秒激光消融（扫描单线v=0.1m/s，1000次迭代，Eim=11.3µJ，作为使用不同焦点强度分布的过扫描次数的函数）制作的脉冲通道状结构的扫描电子显微镜（SEM）显微照片 d-f：白光干涉显微镜（WLIM）显微照片，从十次过扫描中获得的相应通道的3D几何形状

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。

图：不锈钢上单个光斑的结果。由于脉冲能量分布在较大面积上，圆环和顶帽轮廓产生了较低消融深度。

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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