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激光材料加工是光束整形器的重点应用

作者:维尔克斯  时间:2023-5-4 9:28:00

平顶光是一种激光束,其强度分布平坦且均匀,具有锋利的边缘,能量迅速降至零。这种能量分布称为平平顶式能量分布,对许多工业激光应用中非常有用。

平顶能量分布可以是正方形、矩形、直线、圆形或任何其他形状。平顶光束整形器是一种衍射光学元件,旨在将高斯单模激光束塑造成平顶激光束轮廓,我们可以使用平顶光束整形器将非平顶激光束转换为平顶光能量分布。下文将解释光束整形器的工作原理,并讨论材料加工中平顶应用的两个常见示例。


问答

1. 什么是平顶光束轮廓?

平顶光束轮廓是一种能量轮廓,其内部具有均匀的强度,具有锋利的边缘,使光斑成为明确定义的照明区域。

2. 如何获得平顶光能量分布?

实现平顶光能量分布的常用方法之一是使用衍射光束整形器。衍射平顶光透镜是一种衍射光学元件,它可以添加到光路里,并将工作平面上的光斑整形成所需形状(常见的有正方形、矩形、圆形或直线)的平顶能量分布。

3. 您能举一些平顶光在激光材料加工中应用的典型例子吗?

平顶光束整形器的一些典型应用包括太阳能电池板生产和平板生产,在太阳能电池板中,平顶光束整形器用于背面氧化层的烧蚀,从而实现精确接触。在平板生产中,衍射平顶光透镜用于实现均匀高效的激光提升。最后,在激光冲击强化中,通常使用平顶光束整形器来确保零件的淬火均匀,并有效地覆盖工件区域而不会有太多重叠。


平顶光束整形器如何工作?

平顶光束整形器的工作原理是使用具有精确定义表面的透明窗口来调制入射激光束的相位。衍射元件由具有不同高度的表面浮雕结构的透明窗口组成。当激光束通过DOE时,激光在通过更高高度的区域时会延迟,从而导致相位的局部调制。这会将光束塑造成远场的平顶轮廓,通常是工业激光系统中透镜的工作平面。


材料加工平顶应用示例:激光剥离

在许多平板工艺中,例如OLED生产,薄的柔性层必须经过光刻,蚀刻和切割等加工步骤。这种工艺需要刚性基板,因此柔性材料通常粘合到刚性、厚载体晶圆上。加工完成后,激光用于在称为激光剥离的过程中脱粘柔性层,通常使用高功率紫外激光来削弱粘合剂。

在这样的过程中,激光的均匀性至关重要-不均匀的照明将导致不均匀的结合,这可能会留下污染,并有损坏活性层的风险。因此,光束整形会提升激光剥离,通常会整形为细线,平顶激光束具有锋利的边缘,即在表面上以条状扫描。这样可以实现均匀和高通量的脱胶。


平顶应用

另一个平顶应用示例:太阳能电池板中氧化物的激光烧蚀

一些先进的高效太阳能电池板类型,如PERC太阳能电池,具有氧化物或氮化物覆盖的背面。为了通过接触电极实现电荷提取,必须选择性地去除氧化物/氮化物层,通常是通过激光烧蚀孔阵列。这些孔在尺寸和间距上都必须精确,以提供一致的太阳能电池板性能和质量。

此应用中,常使用平顶光束整形器来塑造具有锋利边缘和明确边角的正方形或矩形的照明轮廓。即使激光不是完全稳定的,这种平顶能量分布也能实现精确的烧蚀,因为平顶光斑的大小是稳定的并且与激光脉冲的能量无关,这与高斯光不同。

 

宏观加工平顶应用示例:激光冲击强化

激光冲击强化是通过将金属暴露于激光脉冲产生的高强度机械冲击来硬化金属的过程。随着增材制造的出现,这一过程变得越来越重要,因为3D打印的金属部件通常具有内部不一致和应力,会降低耐用性。提高此类零件质量的方法之一是在生产后进行激光冲击强化。

平顶光束整形器用于在要通过减震强化硬化的区域上产生均匀的强度,确保有效的区域覆盖和表面的均匀硬化。

 


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