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1505专刊--亚纳秒激光器Powerchip在透明材料精密加工中应用(Teem Photonics)




   






Powerchip是一款手掌大小,500ps脉宽,脉冲峰值功率高达150kW的被动调Q固体激光器。几乎完美的TEM00模式,Powerchip可以对几乎所有材料进行无热或低热效应加工,无微裂纹或碎片,无材料热熔溅射,但成本比飞秒或皮秒激光器大大降低。


为什么用Powerchip做透明材料加工?


无微裂纹或碎片

高分辨率标记—5-20μm

有能力通过非线性吸收效应做大尺寸透明材料


Powerchip亚纳秒激光器出色的微纳加工性能在从多的应用或研究团队得到证实,本文摘录和报道了几个透明材料微纳加工实际应用的例子,希望对相关应用有所指导。脉动科技有限公司是法国Teem Photonics在中国的代理商。







 






Powerchip在1064nm典型技术指标


峰值功率: >150kW

脉冲能量:80μJ

波长:1064nm/532nm/355nm/266nm波长可选

脉宽:< 500ps

重复频率:1000Hz

光束质量:TEM00 ,M2<1.1

脉冲-脉冲稳定性:σ <1%

功率稳定性:< ±3% over 1h











 






BK7玻璃高分辨打标-355nmPowerchip


在图1中是演示为目标的在直径1.2mm的BK7样品上打出的玫瑰形标记。它是在一个由大约15000个直径几个微米点阵组成。


标记点由光束焦点处产生的多光子吸收效应完成,最终激光与物质相互作用在材料局部产生折射率的改变从而显示了标记图案,周围材料本身并无改变。


本图是由相差显微镜记录,它清楚的显示在如此高能量密度作用下BK7上没有微裂纹产生和没有剩余应力存在。


这个功能可以直接应用于半隐形材料上标记,应用于身份识别和防伪标记。情形如下,最终用户并不能看见该标记,但制造商可以通过专门的设备(如特定显微镜)进行鉴定。
















玻璃容器二维码打标-355nmPowerchip


近年来,在政府相关部门的监管下,玻璃包装以其不与所包产品发生化学反应和极高稳定性等优势已经广泛地应用于制药和医疗产品相关行业。玻璃内标自然成为医疗和制药行业的实际需求。


355nmPowerchip激光器,在一个亚毫米厚度的玻璃样品上打出了14x14 2D,边长400μm的二维码。













 






结晶聚苯乙烯高分辨黑色打标-532nmPowerchip


结晶聚苯乙烯(Crystal Polystyrene ,PS)是一种非常不均匀的材料,成分中高达30%的再生结晶聚乙烯产生很高的热吸收中心点。它通常应用于生产一次性的廉价的生化容器,如实验室分析血样容器。


即使用UV的纳秒激光器,打标过程产生随机的离奇大裂纹影响标记分辨率,因而也影响标记品质。此外,紫外纳秒激光无法对培养皿进行标记,更重要的是,可能对洁净度要求较高的制药和医疗行业的超净室产生污染。


使用532nm的Powerchip,由于100kW的峰值功率和400ps的脉宽,在800μm厚度培养皿标记出大尺度高分辨率高对比度的图案。







 






聚合物眼镜选择性镀层消融-355nmPowerchip


这个题目的任务是在半成品眼镜玻璃上标记商标。在这个制造阶段,镜片已经镀膜并部分成型,激光器必须有选择地去除微米级厚度的镀层而不伤害底层聚合物镜片和使其产生裂纹。


用紫外亚纳秒激光器实验,它损坏了镜片。355nm的Powerchip提供了相同的峰值功率,但脉宽小一个数量级以上,它成功的标记出由20μm点阵构成的商标Logo。


同样的方法显然可以用于身份鉴定和识别为目的应用。


















热塑材料精密加工-532nm或355nmPowerchip


聚对苯二甲酸乙二酯(PET)是一种最常见的热塑聚合物。它常用于食品饮料包装,也应用于薄膜电子和光伏等柔性衬底。


不同脉宽激光PET黑色标记的实验对比清楚的显示亚纳秒标记的优势。


在同样标记实验中,亚纳秒激光比其他传统激光(IR10ns和100ns,CW CO2)标记线型边沿清晰,无热容发生。


另一个实验是用355nm的Powerchip切割15μm厚的PET薄片。如图7,避免炭化是一个重要考虑,尤其对于柔性电极衬底应用。








 






玻璃基板Logo打标-532nmPowerchip



本实验的目标是把利摩日边饰博物馆的LOGO雕刻到碱石灰玻璃上,应用测光照明来可视效果。尽管只有10μm线宽,这个工艺在显微镜下可清楚的观察到,没有微裂纹产生。






















BK7玻璃亚微米孔打孔-532nmPowerchip


以下结果是从法国东南部格诺勒布尔的约瑟夫.傅立叶大学博士研究论文摘录的。使用532nmPowerchip激光器和强聚焦镜(NA=0.64,x40物镜),在BK7玻璃上转出亚微米微孔阵列,可以看见在微孔周围没有材料溅射,只有一点亚微米大小的唇边。


微孔直径在0.8-1.5μm范围内随着脉冲能量增加准线性,孔深在0.8-1.5μm也准线性的加深。


微孔有微弱的椭圆是因为本实验中光束发散角没有适当的补充。可以看出,在2μJ以内没有微裂纹和没有材料溅射。


最后,该研究团队估计在消融效率和去除率方面和以前报道的200fs激光器加工效果相当。

















 
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