近年來高功率高光束質(zhì)量的
激光器 在各行
材料加工行業(yè)的應(yīng)用得到迅猛發(fā)展,
激光器種類繁多:不同結(jié)構(gòu)分為氣體激光、固體激光、
光纖激光、
半導(dǎo)體激光成為支撐材料加工行業(yè)的主流;其
波長范圍從遠(yuǎn)紅外到深紫外均能覆蓋到(200nm~20um),不同的行業(yè)亦會使用到不同的功率范圍,不同的光束質(zhì)量,不同的激光輸出方式等等。在加工薄膜非金屬材料,半導(dǎo)體晶圓切割,有機玻璃切割、鉆孔、打標(biāo)等領(lǐng)域為了減少熱效應(yīng)影響,希望小孔徑光斑作用及高峰值功率,紫外激光的作用和地位就是那么的出色和不可替代。
!Ea >tQ| 對于金屬加工的波長多為紅外波段,以期望高功率高熱量來作用加工金屬,但其紅外或可見光通?慨a(chǎn)生高亮度的局部加熱使材料氣化、熔化的方式來進(jìn)行加工。但這種熱量會導(dǎo)致激光作用區(qū)域的周邊材料受到影響甚至被破壞,因而限制了加工邊緣質(zhì)量和工業(yè)應(yīng)用范圍。而紫外激光是短波長高能量光子激光,其作用到物質(zhì)上是直接破壞材料原子組分的化學(xué)鍵,而不產(chǎn)生熱量,所以一般都把紫外激光加工稱作“冷”加工。
.o`Io[io 紫外激光在市場上主要有兩種:氣體紫外激光器、固體紫外激光器。固體紫外激光器由于其效率高及體積小等優(yōu)點在市場上占有較大份額。固體紫外激光器還有著半導(dǎo)體泵浦激光器的優(yōu)點:熱損耗低,晶體吸收效率高,易維護(hù),峰值功率高。
:po6%}hn 固體紫外激光器一般選用基頻1064nm紅外光進(jìn)行3倍頻輸出266nm,抑或先倍頻成532nm,再由532nm倍頻光與未轉(zhuǎn)換的基頻光和頻成355nm進(jìn)行輸出。倍頻一般采用高透非線性晶體,形式一般有角度匹配及溫度匹配,而結(jié)構(gòu)又可以分為腔內(nèi)倍頻及腔外倍頻兩種。實現(xiàn)相位匹配條件的方法:由于一般介質(zhì)存在正常色散效果,即高頻光的折射率大于低頻光的折射率,如n2ω―nω大約為10-2數(shù)量級。?k≠0。但對于各向同性晶體,由于存在雙折射,我們則可利用不同偏振光間的折射率關(guān)系,尋找到相位匹配條件,實現(xiàn)?k=0。此方法常用于負(fù)單軸晶體,下面以負(fù)單軸晶體為例說明。圖2中畫出了晶體中基頻光和倍頻光的兩種不同偏振態(tài)折射率面間的關(guān)系。圖中實線球面為基頻光折射率面,虛線球面為倍頻光折射率面,球面為o光折射率面,橢球面為e光折射率面,z軸為光軸。
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