用于激光材料加工的光束整形器
参考项目
利用艾斯飞睿的光束整形器改善激光材料加工
尽管高斯光束可通过直接烧蚀材料而产生较小的结构尺寸，但它们在烧蚀深度和质量方面存在弱点。由于能量的分布形态，光束边缘的强度降低，会导致不均匀的烧蚀。艾斯飞睿与耶拿的Otto Schott材料研究所合作，分析了光束在整形并聚焦后不同强度的分布（如平顶光和圆环光）对飞秒激光材料加工的适用性。
项目细节
光束整形特别适用于激光材料加工，如微机械领域的切割、焊接和标记。尽管高斯光束可通过直接烧蚀材料而产生较小的结构尺寸，但它们在烧蚀深度和质量方面存在弱点。由于能量的分布形态，光束边缘的强度降低，会导致不均匀的烧蚀。除了优化激光和加工参数外，焦强度分布的自适应为高精度结果提供了巨大的潜力。艾斯飞睿与耶拿的Otto Schott材料研究所（OSIM）合作，分析了光束在整形并聚焦后各种强度的分布（如平顶光束或圆环光束），以确定其是否适合在微米和纳米尺度上进行飞秒激光材料处理，如切割和标记。
项目实现
为了获得光束整形并聚焦后不同的强度分布（特别是平顶光束），客户使用了艾斯飞睿的a|AiryShape。它首先通过相位板将准直高斯光束转换为准直艾里或贝塞尔正弦形状的强度分布。第二，聚焦透镜对输入强度函数执行傅立叶变换，并且相应的傅立叶对应物出现在其焦平面中。a|AiryShape允许在一个设置的不同工作平面中生成多个强度分布（例如平顶光束和圆环光束），而产品的总长度仅为17.3 mm。
高斯、圆环和平顶光束之间的比较。a – c = 扫描电镜 (SEM) fs激光烧蚀脉冲通道状结构的显微照片 ( 扫描单线 v=0.1 m/s, 1000 iterations, Eim=11.3 µJ 作为使用不同聚焦强度分布的过扫描次数的函数); d - f: 白光干涉显微镜 (WLIM) 显微照片，从10个外扫描中获得的相应通道的3D几何形状
图a-c显示了使用不同光束轮廓进行的线扫描。与（不均匀的）高斯轮廓（图a/d）相比，用a|AiryShape（b/e:圆环；c/f:平顶）生成的光束轮廓显示出非常均匀的烧蚀。光束整形装置适用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单个斑点的结果，作为fs激光脉冲（N=200）的函数。圆环和平顶显示出较低的消融深度（范围5-10µm），这是因为脉冲能量分布在较大的区域上，这可以让材料实现更均匀的烧蚀。
图：不锈钢上单个斑点的结果。由于脉冲能量分布在更大的面积上，圆环和平顶光束产生较低的消融深度。
激光材料加工光学
- 在各种工作平面中用于生成聚焦后不同光束轮廓的紧凑型光束整形器(平顶、圆环、光束腰)
- 由于脉冲能量在更大区域上的分布更均匀，通道宽度增大，消融深度减小
了解更多关于我们的光束整形器a|AiryShape原理的信息，请访问: asphericon.com/cn/solutions/products/beamtuning/beam-shaping/
