光束整形設(shè)計(jì)方法是激光材料加工應(yīng)用的關(guān)鍵

簡介

激光束整形是優(yōu)化激光材料加工應(yīng)用的一項(xiàng)潛在技術(shù)，特別是在提高三維增材加工(AM)的表面質(zhì)量和生產(chǎn)能力、加工深度控制和加工邊緣輪廓控制等方面。已經(jīng)有一些商業(yè)上可用的光束整形器來操縱空間剖面。對(duì)于系統(tǒng)集成商或終端用戶，特別是在加工應(yīng)用中，光束整形器作為一個(gè)模塊來重新分配激光能量，以提高光束的利用效率。但是，因?yàn)槿鄙俦碚鞴ぞ吆土炕?a target="_blank">參數(shù)，光束質(zhì)量控制大多只能給出預(yù)估。此外，在其他幾個(gè)制造應(yīng)用中，如增材加工或高分辨率成像，定制化光束整形是必不可少的。系統(tǒng)的光束設(shè)計(jì)方法是激光材料加工應(yīng)用的關(guān)鍵。

工作原理

總體的光束整形設(shè)計(jì)概念主要分為折射式和衍射式兩種。光束整形器的“流行”應(yīng)用之一是將能量從高斯分布重新分配為平頂分布，如圖1所示。

圖1 Top-hat光束整形

光束整形通常用于定制化光學(xué)器件。我們在這列舉了定制化規(guī)格參數(shù)。

Top-hat光束整形器的性能參數(shù)

應(yīng)用

(a)用于平頂激光器@1940nm的衍射光束整形器

在中波紅外波段范圍內(nèi)，1940nm光纖激光器在透明聚合物加工過程中展現(xiàn)了獨(dú)特的優(yōu)勢。在需要均勻能量分布以避免氣泡的情況下，設(shè)計(jì)了一種平頂式波束形成器，如圖2所示。通過與新加坡科學(xué)技術(shù)研究局(A*STAR)的合作，開發(fā)了一個(gè)專門的設(shè)計(jì)軟件。

圖2 衍射光束整形器

圖3 設(shè)計(jì)軟件輸出

(b)用于線激光器@193nm的折射式光束整形器

高縱橫比光束線在激光材料加工中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。例如，在深紫外光刻應(yīng)用中，均勻的光束線能有效地提高加工速度。圖4表示長寬比為400:1的光束。它由兩片特別設(shè)計(jì)的鏡頭實(shí)現(xiàn)。

圖4 193nm下高縱橫比線光束設(shè)計(jì)

作為光電行業(yè)持續(xù)創(chuàng)新的主導(dǎo)力量，從2008年起，波長光電為折射和衍射光學(xué)設(shè)計(jì)建立了定制工程能力。

審核編輯：郭婷