其它用于激光加工的DOE

其它用于激光加工的DOE

在衍射光学元件DOE中，应用相对普遍的产品是平顶光束整形器、分束器、匀化器和多焦点、长焦深DOE，除了这些DOE之外，还有不少小众的衍射光学元件在特定的激光加工中也发挥着重要作用。本文重点对这些DOE以及他们在激光加工中的应用进行详细介绍，具体包括激光消融、激光焊接、激光钎焊、激光打孔、激光切割、激光表面处理等材料。

三光点DOE用于激光钎焊

在激光焊锡、钎焊应用中，两个金属片通过激光熔化的焊线连接。在钎焊丝熔化之前清洁和预热金属表面是非常关键的一部，如果清洁和预热做得好，则连接质量会得到明显改善。汽车工业中已经做出了激光钎焊的典型应用。

有一种特殊的三光点DOE，可以产生两个用于清洁/预热的小型副光斑和一个主光斑，可以将能量均匀地分布在钎焊丝上，从而实现更好的熔化和更清洁的边缘。

图1.激光烧蚀工艺图                                              2.定制均化器的能量分布

LeanLineTM线激光准直输出模组用于激光剥离

激光剥离是一种选择性地从另一种材料中移除一种材料的技术，比如剥离有机物薄膜或油漆层。激光束通过透明材料并被背面的相邻材料吸收，例如蓝宝石上的GaN。激光剥离分离工艺允许处理具有对精度和重复性要求都很高的大面积器件。出于这个原因，激光剥离在LED工业中用于分离发光膜，以及用于电视和移动设备的显示器加工中是非常普遍的。

LeanLine™（线激光准直输出模组方案）是一个创新解决方案，其用于将多模圆形输入光束转换为窄激光线，尤其是紫外和绿光波长（343,355和532 nm）。我们的这个解决方案基于专有的衍射光束整形概念，可以适应从193nm深紫外到1600nm红外激光的任何波长。通过线激光准直输出模组方案，可以使用低成本的多模激光器在细线中实现高效的功率密度。

图3. Holo / Or的LeanLineTM模块                    图4.基板与玻璃面板的分离

平顶光束整形器，螺旋相位片，分束器用于激光消融和结构化

激光消融或激光烧蚀是通过用激光束照射材料从固体（或偶尔液体）表面去除材料的过程，一般通过在小区域上施加高能短脉冲来实现消融。

激光烧蚀已被考虑并用于许多技术应用，包括：纳米材料的生产，薄金属和电介质膜的沉积，超导材料的制造，金属部件的常规焊接和粘合，以及MEMS结构的微机械加工。

衍射光学元件中的Top-Hat和Vortex-Lens产生具有尖锐边缘的成形斑点，可在消融过程中产生精确的材料去除。 Multi-Spot元素支持并行处理，从而提高了吞吐量。

图5.激光烧蚀                                   图6.激光结构3

均质机/扩散器，分束器用于激光焊接

激光焊接技术是利用激光连接多个金属或塑料件。光束提供集中的热源，允许窄而深的焊接和高焊接速率。 该过程经常用于使用自动化的大批量应用，例如汽车工业。 在与切割技术的结合中，激光器非常适用于多种类型的焊接（点，线焊接）。

匀光镜（均质器）元件具有均匀，平坦的强度分布，受输入光束不均匀性的影响小，并且可以设计为针对特定焊接轮廓定制的能量和形状分布。DOE还能方便地引入预热副光斑，可以预热焊接区域，然后对其进行后处理。

图7.激光焊接                                   图8.均质器能量分布

分束器用于激光穿孔

激光穿孔通常用于加工薄膜材料或网状物，多用于片材，例如用于食品工业的香烟头纸或包装箔（延长易腐货物的新鲜度和质量）。

这种应用需要具有相等距离的所需图案的精确微孔，分束器特别适合这种应用。

图9.食品包装的激光穿孔                                                     图10. 9x9多点分束器

螺旋相位片，多焦点DOE用于激光切割（金属和玻璃）

激光切割通过引导高功率激光器的输出焦点（通常通过光学系统和移动台）来扫描工件并进行切割。它通常用于工业制造应用中，目标是在不增加聚焦光学元件的焦距的情况下扩展系统的焦深，或者提高切割质量并减少切割区域中的剥落和材料重新熔化。

通过在高于其熔点的聚焦激光束的焦点处局部加热材料来执行金属激光切割，所产生的熔融材料通过气流喷射，从而形成开口切口。

玻璃激光切割或激光切割通常在用高功率红外激光器完成。由于玻璃在大多数波长下具有弱的光吸收，因此需要更强大的激光来切割玻璃。通过使用多焦点DOE，能量在玻璃晶片的沿传播方向扩散，这样可以实现一次切割成功，无需在切割过程中调整光斑的焦深和z移动。多焦点DOE的这个特性对于隐形切割特别有用，玻璃和蓝宝石的切割效果良好。

图11.激光金属切割                                               图12.涡旋透镜能量分布

图13.激光玻璃切割                                 图14.沿光轴的细长能量分布

分束器，平顶光束整形器，螺旋相位片用于激光钻孔

激光钻孔是通过在材料上反复激发聚焦激光能量并蒸发熔化材料来创建通孔的过程。脉冲能量越大，熔化和蒸发的材料就越多。多年来，已经发展了几种激光钻孔技术，包括信号脉冲，冲击，直接钻孔和螺旋钻孔。激光钻孔用于许多应用，包括硅晶片和橡胶的钻孔。

工程师们已经尝试了很多办法以达到更高的产量和更高的生产效率，多点光束分离器已被证明可以提供准确的加工效果，平顶光束整形器可以改善孔的边缘质量和直径精度，而螺旋相位片可以钻出环形。

图15.不同的激光钻孔技术                                    图16.不锈钢管的激光微钻孔

匀化器、平顶光束整形器用于激光表面处理（硬化和重熔）

激光表面处理的原理是由于高功率密度的激光相干光束与特定气体环境（真空，保护或处理气体）内的表面之间的相互作用而改变表面。 激光表面处理的一些典型用途是激光硬化和激光重熔。

激光硬化是一种热表面硬化工艺，其中材料在临界温度以上被加热一小段时间，然后迅速冷却，防止金属晶格返回其原始结构并产生非常硬的金属结构。

激光重熔是另一种表面处理的热方法，其将组件表面短暂加热至高于熔化温度，然后熔体凝固并重新结晶，化学组成没有重大变化。