近幾年來(lái)，脈沖光纖激光器在激光標(biāo)刻領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展迅速，其中在電子3C產(chǎn)品、機(jī)械、食品、包裝等領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛。
目前市面上應(yīng)用于標(biāo)刻的脈沖光纖激光器類(lèi)型主要有基于調(diào)Q技術(shù)和MOPA技術(shù)。調(diào)Q光纖激光器在早些年之前就引入了國(guó)內(nèi)，而MOPA脈沖光纖激光器則是近幾年才逐漸發(fā)展起來(lái)的一種更為新型的技術(shù)。
2014年以前，國(guó)內(nèi)MOPA 脈沖光纖激光器市場(chǎng)幾乎被國(guó)外IPG、SPI等公司壟斷，但在2014年以后，國(guó)內(nèi)如深圳杰普特、創(chuàng)鑫、一品等公司的產(chǎn)品相繼研發(fā)成功，并推入市場(chǎng)，逐漸占領(lǐng)了部分市場(chǎng)份額。
作為一種更先進(jìn)的激光技術(shù)，MOPA脈沖光纖激光器技術(shù)與調(diào)Q技術(shù)相比，其主要的區(qū)別和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)又是什么呢？本文將簡(jiǎn)單予以介紹。
MOPA技術(shù)與調(diào)Q技術(shù)光纖激光器的區(qū)別
目前市面上主流的脈沖輸出光纖激光器主要是基于聲光調(diào)Q技術(shù)和種子源MOPA技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。
聲光調(diào)Q技術(shù)
聲光調(diào)Q脈沖光纖激光器主要是采用光纖型的聲光Q開(kāi)關(guān)（AO）實(shí)現(xiàn)全光纖結(jié)構(gòu)的脈沖激光輸出，或作為種子源激光器再經(jīng)過(guò)功率放大輸出。
其主要特點(diǎn)是激光器腔長(zhǎng)較長(zhǎng)，輸出激光的脈寬較寬，在放大過(guò)程中脈沖波形很難壓窄，且脈寬和重復(fù)頻率相互關(guān)聯(lián)，脈沖寬度一般在100 ns左右，重復(fù)頻率的可調(diào)范圍一般在幾十kHz，單脈沖能量較大，在金屬材料深度打標(biāo)方面有一定的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。
MOPA技術(shù)
為靈活控制最終的激光輸出和保持良好的光束質(zhì)量，MOPA脈沖光纖激光器則一般采用直接脈沖調(diào)制的半導(dǎo)體激光器LD作為種子源，小功率LD很容易通過(guò)驅(qū)動(dòng)電流來(lái)直接調(diào)制輸出參數(shù)，如重復(fù)頻率、脈寬、脈沖波形等，以光纖功率放大器進(jìn)行光脈沖放大實(shí)現(xiàn)高功率輸出，光纖功率放大器嚴(yán)格按照種子激光進(jìn)行原形放大，而不改變種子激光的基本特性。
因此，MOPA脈沖激光器的主要特點(diǎn)是脈沖寬度和重復(fù)頻率獨(dú)立可調(diào)，脈沖波形可通過(guò)電信號(hào)靈活調(diào)制，脈寬調(diào)節(jié)范圍較大，一般在1-400 ns，重復(fù)頻率調(diào)節(jié)范圍在1-2 MHz，可實(shí)現(xiàn)高達(dá)幾十kW的峰值功率輸出，在精細(xì)標(biāo)刻、氧化鋁打黑、不銹鋼打彩等領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)非常明顯。
另外，由于調(diào)Q技術(shù)和MOPA技術(shù)實(shí)現(xiàn)脈沖輸出的機(jī)制不同，調(diào)Q光纖激光器在脈沖上升沿緩慢，且不可調(diào)制，前面數(shù)個(gè)脈沖不可用；MOPA光纖激光器采用電信號(hào)調(diào)制，脈沖齊整，首脈沖可用，在某些特殊場(chǎng)合具有獨(dú)特的應(yīng)用。
MOPA脈沖光纖激光器在標(biāo)刻領(lǐng)域中的應(yīng)用
和調(diào)Q光纖激光器比較，MOPA脈沖光纖激光器幾乎可以勝任其在標(biāo)刻領(lǐng)域的所有應(yīng)用。調(diào)Q激光器受制于它的本身原理，無(wú)法調(diào)節(jié)脈寬參數(shù)，所以難以做到精細(xì)標(biāo)刻。
而MOPA激光器由于可以靈活的調(diào)節(jié)脈寬、頻率參數(shù)、脈寬和重復(fù)頻率調(diào)節(jié)范圍大，單脈沖能量易于控制，不僅可以使得標(biāo)刻更為精細(xì)，而且邊緣顯得平滑不會(huì)粗糙，效果更佳、觀感更好。
對(duì)于陽(yáng)極氧化鋁打黑和不銹鋼打彩等應(yīng)用， MOPA脈沖光纖激光器的峰值功率較高，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)Q激光器所不能達(dá)到的效果，有其獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值。
氧化鋁薄板表面剝除應(yīng)用
隨著數(shù)碼產(chǎn)品的便攜輕薄化，外殼制作的越發(fā)的薄。使用激光在清除油漆層時(shí)，容易導(dǎo)致背面變形，背面產(chǎn)生“凸包”，影響外觀的美觀性。采用MOPA激光器較小脈寬的參數(shù)，讓激光停留在材料的時(shí)間變得更短，在能清除油漆層的前提下，提高速度，熱量殘留就少，不易形成“凸包”，既能使得材料不易變形，底紋也更加細(xì)膩亮白。所以對(duì)于氧化鋁薄板表面剝除的加工，MOPA脈沖光纖激光器是更佳的選擇。
陽(yáng)極氧化鋁打黑應(yīng)用
使用激光在陽(yáng)極氧化鋁材料表面標(biāo)刻出黑色的商標(biāo)、型號(hào)、文字等，從而代替?zhèn)鹘y(tǒng)的噴墨、絲印技術(shù)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電子數(shù)碼產(chǎn)品的外殼上。
由于MOPA脈沖光纖激光器擁有寬廣的脈沖寬度和重復(fù)頻率調(diào)節(jié)范圍，采用窄脈寬、高頻率的參數(shù)可以在材料表面打標(biāo)出黑色的效果，通過(guò)不同的參數(shù)組合還可以打標(biāo)出不同灰度的效果。
因此對(duì)于不同黑度、手感的工藝效果擁有更多的選擇性，是目前市場(chǎng)上陽(yáng)極氧化鋁打黑的首選光源。采用打點(diǎn)模式和調(diào)整點(diǎn)功率兩種模式進(jìn)行標(biāo)刻，通過(guò)調(diào)整點(diǎn)的疏密程度還可以模擬出不同的灰度效果，在陽(yáng)極氧化鋁材料表面標(biāo)刻定制化的照片和個(gè)性化的工藝品等。
不銹鋼打彩應(yīng)用
在不銹鋼打彩應(yīng)用中，要求激光器工作在中小脈寬和高頻率下，色彩的變化主要受頻率和功率的影響。
這些顏色上的差異，主要是受激光本身單脈沖能量以及它在材料上的光斑重疊率所影響。由于MOPA激光器脈寬和頻率獨(dú)立可調(diào)，調(diào)整其中一項(xiàng)并不會(huì)影響其他參數(shù)，他們相互配合，可以實(shí)現(xiàn)多種可能，這是調(diào)Q激光器無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。
在實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)調(diào)節(jié)脈寬、頻率、功率、速度、填充方式、填充間距等參數(shù)，使不同參數(shù)之間排列組合，就可以標(biāo)刻出更多它的顏色效果，色彩豐富而細(xì)膩。在不銹鋼材料的餐具、醫(yī)療器械和工藝品上，可以標(biāo)刻出絢麗的Logo或圖案，起到美觀裝飾的效果。
不銹鋼打彩應(yīng)用
總的來(lái)說(shuō)，在常見(jiàn)的標(biāo)刻應(yīng)用領(lǐng)域中，MOPA脈沖光纖激光器與調(diào)Q光纖激光器相比較，其主要特點(diǎn)如下表所示。用戶(hù)可根據(jù)對(duì)標(biāo)刻材料和效果的實(shí)際需要，正確選用合適的激光器。
MOPA脈沖光纖激光器在焊接領(lǐng)域中的應(yīng)用
使用MOPA脈沖光纖激光器實(shí)現(xiàn)薄片金屬及異質(zhì)金屬材料焊接，是近兩年新興起的一種應(yīng)用方向。
脈沖激光焊接的主要原理是高強(qiáng)度的脈沖激光束輻射至金屬表面，通過(guò)激光與金屬的相互作用，金屬吸收激光轉(zhuǎn)化為熱能使金屬熔化后冷卻結(jié)晶，從而實(shí)現(xiàn)匙孔式焊接，力學(xué)性能優(yōu)良、熱應(yīng)力和熱影響區(qū)小、可實(shí)現(xiàn)難熔材料與異質(zhì)金屬的焊接。
與傳統(tǒng)的YAG激光器和準(zhǔn)連續(xù)（QCW）激光器焊接比較，MOPA脈沖光纖激光器脈沖能量和峰值功率可通過(guò)設(shè)置參數(shù)靈活調(diào)節(jié)，具有光斑精細(xì)，不容易破壞材料，熔深更大，拉拔力更強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，特別適合薄片、精細(xì)焊接、異種材料的焊接，在手機(jī)天線彈片、動(dòng)力電池極片焊接等領(lǐng)域中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。
天線彈片焊接應(yīng)用
手機(jī)或者平板電腦的天線彈片，是用來(lái)發(fā)射或接收無(wú)線電波的電磁波器件，采用激光脈沖焊接方式將金屬?gòu)椘附釉趯?dǎo)電位上，可以起到抗氧化、抗腐蝕的作用，一般包括鍍金鋁、鍍銅鋼、鍍金鋼等作為彈片焊接到鋁合金或鎂鋁合金機(jī)殼的應(yīng)用。
使用深圳杰普特公司的JPT-120 W納秒光纖激光焊接天線彈片，焊接熔深比傳統(tǒng)激光更深，拉拔力達(dá)過(guò)10-30 N，焊點(diǎn)更細(xì)膩，并通過(guò)打標(biāo)軟件很容易的設(shè)置可調(diào)節(jié)焊點(diǎn)的大小。
電池極片焊接應(yīng)用
電池極片焊接，是指鋰電池或動(dòng)力電池在極片的極耳端采用焊接方式使不同金屬材料之間相結(jié)合，一般包括鎳條與鋁條之間的焊接、鍍鎳銅與鋁的焊接、鎳條與鋼條的焊接應(yīng)用等。
采用JPT-120 W納秒光纖激光器焊接可使得焊點(diǎn)更精細(xì)美觀、背痕更輕，具有撕拉力更大的優(yōu)勢(shì)。
總結(jié)與展望
MOPA光纖激光器脈寬和頻率獨(dú)立可調(diào)，且調(diào)節(jié)參數(shù)范圍大，因此加工精細(xì)，熱效應(yīng)低，在氧化鋁薄板標(biāo)刻、陽(yáng)極氧化鋁打黑、不銹鋼打彩及薄片金屬焊接等方面優(yōu)勢(shì)突出，可以實(shí)現(xiàn)調(diào)Q光纖激光器所不能達(dá)到的效果。
而調(diào)Q光纖激光器特點(diǎn)在于標(biāo)刻力度較強(qiáng)，在金屬的深雕加工中有一定的優(yōu)勢(shì)，但標(biāo)刻效果較為粗糙。
總體說(shuō)來(lái)，在激光高端標(biāo)刻和焊接應(yīng)用領(lǐng)域，MOPA光纖激光器幾乎可以取代調(diào)Q光纖激光器。未來(lái)MOPA光纖激光器的發(fā)展將以更窄脈寬、更高頻率為方向，同時(shí)向更高功率、更高能量進(jìn)軍，不斷滿足激光材料精細(xì)加工的新要求，并不斷開(kāi)拓如激光除銹、激光雷達(dá)等新的應(yīng)用領(lǐng)域。
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