用于激光加工的DOE

用于激光加工的DOE

最近，由于工业领域的强劲需求，催化出了许多激光焦工的新工艺，许多传统工业工艺被激光加工系统取代，例如激光消融、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。各种激光加工类型占整个激光加工市场的份额，如下图所示：

图1.全球激光应用

衍射光学元件（DOE）在提供特定的激光束成形中起重要作用，这使得激光束成形和均匀化技术对于优化许多激光材料加工应用是必不可少的。通常，激光系统中添加DOE元件之后能够明显提升系统性能。

激光加工系统的关键参数：

加工速度和产能

加工精度

- 边壁陡峭

- 热影响区

- 处理过程的有效性

激光消融和结构化

激光消融（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。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。

相关DOE产品：平顶光束整形器，螺旋相位片，分束器

图2.激光烧蚀图3.激光结构3

激光焊接

激光焊接技术用于通过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。

相关DOE产品：均质机/扩散器，分束器

图4.激光焊接图5.均质器能量分布

激光钎焊

在激光钎焊应用中，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。

海纳光学开发了一种特殊的三光点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。相关DOE产品：三光点DOE

图6.激光烧蚀工艺图7.定制均化器的能量分布

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。

相关DOE产品：分束器

图8.食品包装的激光穿孔图9. 9x9多点分束器

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。相关DOE产品：螺旋相位片，多焦点DOE

图10.激光金属切割图11.涡旋透镜能量分布

图12.激光玻璃切割图13.沿光轴的细长能量分布

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。

相关DOE产品：分束器，平顶光束整形器，螺旋相位片

图14.不同的激光钻孔技术图15.不锈钢管的激光微钻孔

激光剥离

激光剥离（LLO）是一种选择性地从另一种材料中移除一种材料的技术。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。

相关DOE产品：LeanLineTM线激光准直输出模组方案

图16. Holo / Or的LeanLineTM模块图17.基板与玻璃面板的分离

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