話雖如此,光纖激光切割技術(shù)還有改進(jìn)的余地。目前在制造車間中使用的許多系統(tǒng)配備有光纖激光器,其產(chǎn)生特定尺寸的光束寬度,限制了它們的靈活性。例如,當(dāng)早期的光纖激光器出售時(shí),它們主要用于切割薄金屬板;激光束的小光斑尺寸比CO2激光產(chǎn)生的光束提供了更多的聚焦能力,并且通過(guò)薄規(guī)格快速切片,但是與較厚的金屬一起掙扎。隨著可能改變激光器光斑尺寸的手動(dòng)和自動(dòng)系統(tǒng)的出現(xiàn),這種情況發(fā)生了變化,但這些系統(tǒng)具有復(fù)雜的切割頭,這引起了一些人對(duì)可靠性的疑問(wèn)。
公司相信它已開發(fā)出新一代光纖激光技術(shù),可滿足光束點(diǎn)尺寸靈活性的要求,而無(wú)需考慮切割頭。據(jù)該公司官員稱,這一突破可以直接從光纖激光器快速調(diào)整光斑尺寸,使用單個(gè)激光光源優(yōu)化切割各種材料和厚度。
CO2激光器為早期激光切割工具提供動(dòng)力。這些激光器使用充放電的管子通過(guò)放電產(chǎn)生激光,成為21世紀(jì)初晶圓廠的主力。然而,CO2激光器相對(duì)較大,效率低且易碎,并且需要定期維護(hù)和昂貴的消耗品。此外,鏡子和吹掃束管的復(fù)雜系統(tǒng)易受污染,未對(duì)準(zhǔn)和環(huán)境條件變化(例如溫度和振動(dòng)水平)的影響。盡管如此,CO2激光器仍然被用于切割厚金屬,因?yàn)樗鼈兲峁┝肆己玫倪吘壻|(zhì)量。
20世紀(jì)90年代出現(xiàn)了燈泵浦Nd:YAG激光器。它們使用固態(tài)增益介質(zhì)(摻有釹,稀土元素的結(jié)晶YAG棒),無(wú)需使用可消耗的氣體。然而,Nd:YAG棒通過(guò)寬帶弧光燈通電,該光學(xué)燈效率低且產(chǎn)生大量廢熱。 Nd:YAG激光器的近紅外波長(zhǎng)(~1μm)允許光束通過(guò)光纖(引導(dǎo)光線的細(xì)玻璃束)傳遞到工藝頭,從而消除了光纖外部的自由空間光束傳輸。激光腔。
在20世紀(jì)90年代后期,半導(dǎo)體(二極管)激光器開始取代燈作為Nd:YAG激光器的泵浦源,完成了向全固態(tài)激光器的過(guò)渡。二極管泵浦固態(tài)(DPSS)激光器有效地將電能轉(zhuǎn)換為光功率,從而提供比燈泵浦激光器更高的凈效率,同時(shí)降低了對(duì)電力和冷卻的需求。稀土摻雜光盤是作為固態(tài)增益介質(zhì)的替代幾何形狀而開發(fā)的,能夠比Nd:YAG棒更有效地進(jìn)行熱管理,并進(jìn)一步擴(kuò)展到更高的功率。盡管激光腔仍然由自由空間光學(xué)器件組成,但DPSS激光器與處理頭的光纖傳輸兼容。
同樣在20世紀(jì)90年代,稀土摻雜光纖成為光通信的新增益介質(zhì)。光纖激光器具有獨(dú)特的實(shí)用性和可靠性,因?yàn)樗鼈儾恍枰杂煽臻g光學(xué)元件,如鏡子。二極管泵浦源通過(guò)光纖傳輸?shù)皆鲆娼橘|(zhì)。腔由光纖構(gòu)成,并且由于激光束在光纖內(nèi)產(chǎn)生,因此自然支持光纖傳輸。纖維增益介質(zhì)的大表面積與體積比能夠?qū)崿F(xiàn)有效冷卻。
激光腔內(nèi)部或外部沒(méi)有自由空間光學(xué)器件(直到工藝頭)
一個(gè)密封,無(wú)對(duì)齊的光路,消除了降級(jí)和故障模式的可能性
高插壁效率,最大限度地降低了功率和冷卻要求
高光束質(zhì)量,不受環(huán)境條件和光功率水平的影響
無(wú)需日常維護(hù),消耗品或校準(zhǔn)
光纖激光切割技術(shù)的現(xiàn)狀
上述討論解釋了為什么光纖激光器提供最佳的效率,可靠性和操作成本,但金屬切割速度和邊緣質(zhì)量又如何呢?在這里,情況更復(fù)雜。