首頁
1
最新消息
2
技術新知
3
雷射焊接原理4
https://www.steo.com.tw/ 超鋒科技股份有限公司
超鋒科技股份有限公司 238 新北市新北市樹林區東豐街49巷45號
飛秒雷射脈寬窄、頻譜寬,對色散會有特別嚴格的要求。 短脈衝對色散非常敏感,當脈衝長度的平方小於群延遲色散時,會產生顯著的脈衝展寬。 只有低色散的鏡片和膜層才能保證飛秒雷射在傳播過程中保持原有的特性。 同時,飛秒雷射在傳播過程中不可避免地會發生展寬或啁啾,需要利用特別的負色散鏡進行調節補償,因此低群速度色散GDD反射鏡和負色散鏡對飛秒雷射的應用特別關鍵。低群色散GDD鏡片和高品質負色散鏡,需要獨特的膜層技術能夠精確控制鏡片和膜層的色散特性。由於不同頻率復色光的光在同一介質中的折射率不一樣,因此不同頻率的光相速度也不一樣,導致它們會以不同的折射角被分解而在出射區域形成光譜,這就叫色散。 群速度的概念和波包相關,波包相當與多種頻率得光波組成的集合。 波包最大振幅處的傳播速度就是群速度。 當波包在介質中傳播史,由於波包中不同頻率得光波會有不同的傳播速度,於是波包的形狀會發生變化,這就是群速度色散(GVD,Group Velocity Dispersion),也稱之為群速彌散。 當脈衝長度的平方小於群延遲色散時,會產生顯著的脈衝展寬。 下圖是當脈衝通過介質時產生的脈衝展寬現象。GVD本質上指的是群速度在光通過透明介質時,它發生的變化和頻率或波長有關的現象。 這個術語也可以用作一個精確定義的量,即逆群速度對角頻率(有時是波長)的導數,GVD的值可以由以下公式表達:GVD=∂∂ω1vg=∂∂ω∂k∂ω=∂2k∂ω2其中k是頻率相關的波數,在考慮到與波導相關的應用時,我們可以用β進行代替。由於群速度色散是單位長度的群延遲色散,當我們要計算一個波導的群延遲色散時,可以用群速度色散與波導長度進行相乘,其基本單位是s2/m。 例如,二氧化矽在800 nm處的群速度色散為35 fs2/mm,在1500 nm處的群速度色散為- 26 fs2/mm。 在這些波長之間的某個地方(約1.3微米),存在著零色散波長。在光纖通信中,群速度色散的定義不是群速度對角頻率的導數,而是定義為對波長的導數。 由以下GVD參數可以計算出:Dλ=∂∂λ1vg=-2πcλ2∙GVD=-2πcλ2∂2k∂ω2上述的這個量通常以ps/(nm km)為單位(每納米波長變化的皮秒數和公里傳播距離)。 例如,20ps /(nm km)在1550nm(電信光纖的一個典型值)相當於- 25509 fs2/m。重要的是要認識到由於長波長對應較小的光學頻率而產生的GVD和Dλ的不同意義。 正態色散意味著隨著光頻率的增加群速度降低; 這在大多數情況下都會發生,而負色散與之相反。 根據不同的情況,群速度色散可以有不同的重要影響: 它與超短脈衝的色散時間展寬或壓縮有關。 在光纖中,非線性效應強烈地依賴於群速度色散。 例如,可能會有光譜展寬或壓縮,這取決於色散特性。 在參數非線性相互作用中,色散也是不同波群速度不匹配的原因。 例如,它可以限制倍頻器、光參量振蕩器和放大器的交互頻寬。 綜合上述原因,我們知道超快雷射由於時間脈寬窄,頻域譜寬較大,因此對色散會有特別嚴格的要求。 短脈衝對色散非常敏感。 當脈衝長度的平方小於群延遲色散時,會產生顯著的脈衝展寬。 群速度只有在群速彌散效應非常小的情況下才有意義,如果群速彌散效應非常大,波包可能很快就會解體,這時的群速度也就沒有意義了。 只有低色散的鏡片和膜層才能保證飛秒雷射在傳播過程中保持原有的特性。 只有低色散的鏡片和膜層才能保證飛秒雷射在傳播過程中保持原有的特性。 要使群速度色散非常小,就必須使得波包的頻寬非常小。群延遲色散(GDD)和三階色散(TOD)如果脈衝被介質反射鏡反射,改反射鏡表面鍍由高、低折射率交替相疊的薄膜層,會有一個相移在原始和反射的脈衝之間產生。 一般來說,相移Φ(ω)在中心頻率附近ω0可能擴大ω0附近的泰勒級數頻率表達式為:其中Φ' (ω0)為群延遲(GD,Group Delay),Φ'' (ω0)為群延遲色散(GDD,Group Delay Dispersion),Φ''' (ω0)為三階色散(TOD,Third Order Dispersion),更嚴格地說,這種展開式只適用於完全可以解的模型,變換限制高斯脈衝的傳播和純相位色散。 對於非常短的脈衝和振幅和相位色散的組合,數值計算可能是必要的。 然而,這一擴展清楚地顯示了單個術語的物理意義:假設相移是線性的頻率(即GD≠0, GDD = 0和TOD = 0脈衝頻寬),反射的脈衝是由不斷的群延遲的影響而發生相位延遲,當然,縮放的振幅反射率和脈衝頻譜仍將不失真。 當GDD≠0時,觀察到兩個重要效應:反射脈衝被暫時加寬。 這種展寬效應只取決於GDD的絕對值。我司提供「低GDD雷射鏡片」,即鏡片在給定波長範圍內|GDD|<20 fs2; 當脈衝被這些反射鏡反射時,需要這個鏡片的作用來保持脈衝形狀。此外,脈衝變成“啁啾”,即它在脈衝時間改變其瞬時頻率。 這種效應取決於GDD的信號,所以暫態頻率可能會變高(上調-啁啾,GDD>0)或更低(向下-啁啾,GDD<0)。 這允許通過使用負GDD反射鏡來補償非線性光學元件的正GDD效應。 如下圖所示,可以通過正負GDD來平衡色散的震蕩。同時,飛秒雷射在傳播過程中不可避免地會發生展寬或啁啾,需要利用特別的負色散鏡進行調節補償,因此低群延遲色散GDD反射鏡和負色散鏡對飛秒鐳射的應用特別關鍵。 TOD還決定了脈衝長度和脈衝形狀(有可能引起脈衝失真),在脈衝長度為20fs及以下時,TOD是一個非常重要的因素。 在低群色散GDD鏡片和高品質負色散鏡領域,需要獨特的膜層技術能夠精確控制鏡片和膜層的色散特性。 https://www.steo.com.tw/hot_512703.html 群速度色散(GVD)和群延遲色散(GDD) 2025-04-02 2026-04-02
超鋒科技股份有限公司 238 新北市新北市樹林區東豐街49巷45號 https://www.steo.com.tw/hot_512703.html
超鋒科技股份有限公司 238 新北市新北市樹林區東豐街49巷45號 https://www.steo.com.tw/hot_512703.html
https://schema.org/EventMovedOnline https://schema.org/OfflineEventAttendanceMode
2025-04-02 http://schema.org/InStock TWD 0 https://www.steo.com.tw/hot_512703.html

相關連結:https://www.steo.com.tw/product_cg412019.html

雷射焊接是一種無接觸材料加工方式,一般脈衝雷射用於薄材料的精密焊接,連續雷射用於厚材料的焊接。依熔池形態區分,如圖1所示,雷射焊接可分為熱傳導焊和深熔焊,前者的功率密度範圍為104~106 W/cm2,後者一般在107 W/cm2以上。

一張含有 蠟燭, 寫生, 大燭台, 設計 的圖片
自動產生的描述

圖1 熱導焊與深熔焊形成熔池形態差異

 

雷射焊接相對於傳統焊接技術而言,可以極大的提升焊接的效率和精度,能夠簡單的實現多種金屬或異種金屬焊接需求。雷射焊接可以採用振鏡掃描方式及固定焊接頭方式,奈秒脈衝焊接主要採用振鏡掃描方式,速度快、靈活性高。雷射焊接在消費性電子產品、半導體、電池、感測器和醫療等許多行業中,均已廣泛應用。

奈秒脈衝雷射焊接原理

焊接都要經過雷射吸收產熱、熔化融合和冷卻凝固三個過程,由於特定材料的比熱和相變潛熱是固定,雷射脈衝能量越大,能夠熔化的材料體積也越大。依照脈衝能量大小,脈衝雷射焊接目前也有兩種主要的光源選擇,一種是採用YAG雷射或QCW雷射作為焊接光源,另一種採用奈秒脈衝雷射。對YAG或QCW雷射器,其單脈衝寬度在微秒甚至毫秒量級,單脈衝能量在焦耳甚至數十焦耳量級,焊點直徑通常大於1mm,採用固定焊接鏡頭或振鏡雷射點焊的方式工作。而奈秒MOPA脈衝雷射器,單脈衝能量只有1mJ到2mJ,能夠熔化的材料體積有限,單一焊點只有數十微米,通常採用振鏡掃螺旋線的方式組合眾多焊點形成一個焊盤,焊盤直徑通常小於1mm,焊接螺旋線軌跡及剖面熔池形態如圖2所示。

一張含有 圓形, 樣式, 設計 的圖片
自動產生的描述

圖2

 

雷射焊接方式

依材料搭接方式劃分,常見雷射焊接方式有拼焊、疊焊、角焊、搭邊焊、樁節焊等,如圖2所示。奈秒雷射薄板焊接多採用疊焊方式,其他如拼焊方式也適用。對於疊焊,熔池必須穿透上層材料延深到下層材料中,上層材料越厚對應的熔池深度越大,所需的雷射功率也越高。常見的薄片材料厚度在0.1mm到0.5mm之間,對應的需要選擇60W到1000W的MOPA脈衝雷射。

一張含有 螢幕擷取畫面, 圖表, Rectangle, 行 的圖片
自動產生的描述

圖3 雷射焊接時不同的材料搭接方式

 

眾所周知,雷射焊接拉拔力是判斷焊接強度的重要指標,而雷射的光束品質M 2又是影響焊接拉拔力的一個很重要的技術參數,即光束品質越好,拉拔力越強。

雷射脈衝焊接典型應用

1. 銅片螺旋焊點

一張含有 棕色, 藝術 的圖片
自動產生的描述

圖4 雷射脈衝焊接紫銅片的(左)螺旋軌跡和(右)焊點分佈

2. 異種金屬焊接

一張含有 螢幕擷取畫面, 架子, Rectangle, 設計 的圖片
自動產生的描述

圖5 (左)鋁板(中)不鏽鋼板與(右)銅板與不同金屬焊接結果

3. 3C產品精密焊接

一張含有 圓形, 螢幕擷取畫面 的圖片
自動產生的描述

圖6 不銹鋼片焊接鎳板

4. 電池極片雷射焊接

一張含有 濾器, 廚房用具, 室內, 銀 的圖片
自動產生的描述

圖7 銅材及鋁材電池頂蓋焊接

上一個 回列表 下一個