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摘要：

皮秒激光作為一種新型的能量源，具有皮秒級(jí)超短脈寬、重復(fù)頻率可調(diào)、脈沖能量高等特點(diǎn)，有望實(shí)現(xiàn)包括硬脆性難加工材料在內(nèi)的高精度、高效率加工效果，在材料加工領(lǐng)域逐步顯露頭角。

引言：

隨著大功率激光器技術(shù)的發(fā)展，激光與材料相互作用研究的深入，激光加工已經(jīng)成為加工領(lǐng)域中的一種常用技術(shù)。激光加工具有以下眾多優(yōu)勢(shì)：非接觸、后續(xù)工藝少、加工效率高、材料耗損少等。采用超短脈沖激光加工可將能量極快地注入很小的作用區(qū)域，瞬間高能量密度沉積使電子吸收和運(yùn)動(dòng)方式發(fā)生變化，避免了激光線性吸收、能量擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移等影響，從根本上改變了激光與物質(zhì)相互作用機(jī)制如下圖所示

皮秒脈沖激光器具有皮秒級(jí)超短脈寬、重復(fù)頻率可調(diào)、脈沖能量高等特點(diǎn)，在廣泛的加工應(yīng)用領(lǐng)域具有眾多優(yōu)勢(shì)。尤其值得一提的是，它幾乎沒(méi)有熱影響區(qū)，可以處理的材料范圍極其涉及材料廣泛，包括：金屬、半導(dǎo)體材料、介電材料、透明材料等，尤其在薄膜材料以及陶瓷、玻璃等硬脆性難加工材料的精細(xì)加工方面，皮秒激光器體現(xiàn)了無(wú)熱影響區(qū)、無(wú)掛渣、無(wú)微裂紋等明顯的加工優(yōu)勢(shì)。SPARK LASERS 系列皮秒激光器基于其高功率、高脈沖能量等優(yōu)勢(shì)，在眾多材料加工領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

SPARK LASERS 皮秒激光器在材料加工領(lǐng)域的典型應(yīng)用

1. SPARK LASERS 系列中的VEGA 1064nm皮秒激光器產(chǎn)品非常適用于材料加工領(lǐng)域。

VEGA 1064nm 參數(shù)規(guī)格：

Model	VEGA-1064	VEGA -532**
Wavelength	1064 nm	532 nm
Spectral width	< 2 nm	< 2 nm
Pulse duration	< 120 ps	< 100 ps
Pulse energy	40 u J from single shot to 500 kHz	20 u J from single shot to 500 kHz
Repetition rate	Single pulse to 1MHz（with burst mode）	Single pulse to 1MHz（with burst mode）
M²	< 1.2	< 1.2
Beam waist diameter	1 mm	1 mm
Beam waist location	At output port +-50% RR	At output port +-50% RR
Beam pointing	< 25 urad/℃	< 25 urad/℃
Ellipcityt	>0.85	>0.85
Warm-up time	< 15 mins	< 15 mins
Power stability	< 2% RMS	< 4% RMS
Pulse stability	< 2% RMS	< 4% RMS
Polarization	Vertical ,>100:1	Vertical ,>100:1
Pulse control	Ext AOM with gating	Ext AOM with gating
Laser head dimensions (mm³)	300 x 300 x 80	300 x 300 x 80
Laser controller dimensions	19”/3U rack	19”/3U rack
Standard umbilical length	3 m	3 m
Power consumption	100 to 240 VAC <400 W	100 to 240 VAC <400 W
Cooling	Air cooled	Air cooled

SPARK LASERS 系列中的VEGA 1064nm 是款高能量、短脈沖（<100 PS）、緊湊型皮秒激光器，非常適用于薄膜移除、玻璃雕刻等眾多材料加工應(yīng)用。

應(yīng)用一：聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）基質(zhì)上透明導(dǎo)電銀納米線薄膜的消融

通過(guò)使用VEGA 1064nm皮秒激光器來(lái)消除方塊銀納米線薄膜，測(cè)量該方塊內(nèi)部和外部的阻抗高于20MΩ成功實(shí)現(xiàn)了電隔離。

(a) (b)

(a) 為消融線的3D圖；可通過(guò)皮秒激光器以1 m/s 的掃描速度、0.88 J/cm2 的脈沖能量實(shí)現(xiàn)

(b) 為PET上的銀納米線的SEM圖；可通過(guò)皮秒激光器以1.6 m/s 的掃描速度、2.63 J/cm2 的脈沖能量實(shí)現(xiàn)

VEGA 1064nm皮秒激光器基于高能量、短脈沖等特點(diǎn)亦適用于印刷電子產(chǎn)品如有機(jī)光伏或有機(jī)LED顯示和照明等領(lǐng)域中。

應(yīng)用二：玻璃內(nèi)表面打標(biāo)

通過(guò)使用VEGA 1064nm皮秒激光器在玻璃內(nèi)表面打標(biāo)避免了透明材料產(chǎn)品的偽造。這類打標(biāo)材料類型必須是肉眼不可見(jiàn)的除非在特定觀察角度或者照明的情況下可見(jiàn)?；诜蔷€性效應(yīng)（多光子吸收），該加工過(guò)程是透明材料折射率變化的過(guò)程。這種效應(yīng)可通過(guò)大強(qiáng)度峰值實(shí)現(xiàn)，因此非常適合選用SPARK LASERS 系列中的VEGA 1064nm皮秒激光器。

VEGA 1064nm皮秒激光器亦可應(yīng)用于相關(guān)領(lǐng)域：醫(yī)療包裝、奢侈品、珠寶的防偽。

應(yīng)用三：PET基質(zhì)上ITO的消融

VEGA 1064nm皮秒激光器基于其脈沖穩(wěn)定性、高脈沖能量等特點(diǎn)可選擇性消融ITO/PET。我們可以觀察到優(yōu)質(zhì)的ITO雕刻（脈沖能量的穩(wěn)定性>=雕刻的穩(wěn)定性）。

VEGA 1064nm皮秒激光器亦適用于以下相關(guān)應(yīng)用：液晶顯示器、平板顯示器、等離子體屏幕、靈敏觸摸屏的透明導(dǎo)電包封；類似于OLEDs、單元光伏、防靜電沉積（倉(cāng)庫(kù)）、裝甲板抗電磁干擾。

2. SPARK LASERS 系列產(chǎn)品SIRIUS 1064nm皮秒激光器適用于眾多材料加工領(lǐng)域。

SPARK LASERS 系列中的SIRIUS 1064nm皮秒激光器是款高能量、超短脈沖（< 10 ps）、緊湊型皮秒激光器，非常適用于對(duì)材料切割、打孔標(biāo)記等材料加工領(lǐng)域。

SIRIUS 皮秒激光器參數(shù)規(guī)格：

Model	SIRIUE-1064	SIRIUE-532
Wavelength	1064 nm	532 nm
Spectral width	< 0.3 nm	< 0.3 nm
Pulse duration	< 10 ps	< 10 ps
Pulse energy	100 u J@20 KHz (2 W) 60 u J@50 KHz (3 W) 35 u J@100 KHz (3.5 W) 20 u J@200 KHz (4 W) 9 u J@500 KHz (4.5 W) 5 u J@1 MHz (5 W)	50 u J@20 KHz (1 W) 30 u J@50 KHz (1.5 W) 17 u J@100 KHz (1.7 W) 10 u J@200 KHz (2 W) 4 u J@500 KHz (2.25 W) 2 u J@1 MHz (2.5 W)
Repetition rate	Single pulse to 1MHz（with burst mode）	Single pulse to 1MHz（with burst mode）
M²	< 1.2	< 1.2
Beam waist diameter	1 mm	1 mm
Beam waist location	At output port +-50% RR	At output port +-50% RR
Beam pointing	< 25 urad/℃	< 25 urad/℃
Ellipcityt	>0.85	>0.85
Warm-up time	< 30 mins	< 30 mins
Power stability	< 2% RMS	< 4% RMS
Pulse stability	< 2% RMS	< 4% RMS
Polarization	Vertical ,>100:1	Vertical ,>100:1
Pulse control	Ext AOM with gating and burst mode	Ext AOM with gating and burst mode
Laser head dimensions (mm³)	453 x 296 x 110.2	453 x 296 x 110.2
Laser controller dimensions	19”/3U rack	19”/3U rack
Standard umbilical length	3 m	3 m
Power consumption	100 to 240 VAC <600 W	100 to 240 VAC <600 W
Cooling	water cooled	water cooled

應(yīng)用一：陶瓷上直線切割&鉆盲孔

通過(guò)使用SIRIUS 532nm 皮秒激光器在陶瓷上直線切割或鉆盲孔可獲得很高的質(zhì)量效果，并且在加工過(guò)程中無(wú)熱效應(yīng)產(chǎn)生。

SIRIUS 532nm 皮秒激光器亦可應(yīng)用于相關(guān)領(lǐng)域如半導(dǎo)體加工。

應(yīng)用二：金屬表面雕刻

使用SIRIUS 532nm 皮秒激光器可以實(shí)現(xiàn)在一些金屬包括不銹鋼、銅、鋁、碳鋼、鐵、鋁合金等各種金屬合金表面進(jìn)行雕刻加工。

結(jié)論

SPARK LASERS 系列中的VEGA 1064nm皮秒激光器、SIRIUS 1064nm、532nm皮秒激光器基于超短脈寬、重復(fù)頻率可調(diào)、脈沖能量高等特點(diǎn)，體現(xiàn)了無(wú)熱影響區(qū)、無(wú)掛渣、無(wú)微裂紋等明顯的加工優(yōu)勢(shì)，能夠在材料加工領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。

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