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超快雷射微加工整形原理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
圖1:貝塞爾透鏡產品概要 貝塞爾透鏡由軸錐透鏡和兩組聚焦鏡。准直光穿過軸錐透鏡形成貝塞爾光束,該光束是非衍射的並且具有同心環,每個同心環具有彼此相同的功率。 環直徑隨著焦深的變化而變化,但環厚度保持不變。 這種類型的環聚焦光束更適合具有直徑與長度深度比的材料加工應用。圖1顯示了貝塞爾透鏡的基本光學設計原理。 整個鏡頭由一組軸錐透鏡和兩組聚焦透鏡組成。 圖 2:貝塞爾透鏡光學設計 工作原理通過軸錐透鏡產生的貝塞爾光束產生沒有衍射特性的橫向光能量分佈。 在光束會聚的位置,會產生較長的無衍射區域(圖2),其中光束能量密度不隨傳播距離而變化。將軸錐透鏡與聚焦透鏡相結合(圖 3),可以獲得高能貝塞爾光束(圖 4)。貝塞爾光束光學系統的美妙之處在於,只需調整輸入光束直徑的大小即可調節輸出光束焦深(DOF)。 由於輸入光束直徑和輸出光束自由度之間存在近似線性關係(圖 5),我們的貝塞爾透鏡是滿足您需求的解決方案。 圖3:貝塞爾光束區域分佈 圖 4:貝塞爾光束光學系統佈局 圖 5:(a) 貝塞爾區能量密度分佈模擬圖 (b) 輸出光束的光束輪廓分析(FWHM) 圖 6:(a) 縱向剖面與自由度的關係圖,以及 (b) 輸出光束尺寸 (FWHM) 與輸入光束直徑的關係圖 應用領域貝塞爾透鏡適用於現代工業應用的雷射切割和深孔鑽孔,滿足多功能性、高效率和精密材料加工的要求。這些鏡頭是針對需要小聚焦光斑尺寸和長焦深的雷射加工技術專業領域的獨特解決方案。它與雷射切割系統集成,可對聚焦光束進行高度定位和嚴格的方向控制,為切割鋼材、玻璃和其他材料提供靈活性。內置補償機制允許客戶進行調整以滿足他們所需的光學性能。 https://www.steo.com.tw/hot_512523.html 用於雷射切割和深孔鑽孔的貝塞爾透鏡應用說明 2025-04-01 2026-04-01
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超快雷射微加工整形原理

非熱吸收機制
  1. 極高的瞬時峰值功率(達數兆瓦範圍)可同時吸收多個光子。
  2. 當脈衝持續時間短於材料的特徵振動鬆弛時間時,這種吸收機制發揮作用。
利用超快雷射,兩個主要機制主要負責將吸收從熱態轉移到非熱態:
非熱吸收機制非常重要,因為它可以減少材料的熱損傷,使得加工更精細、控制更佳、微加工更加精確。

超快雷射微加工整形原理

在超短脈衝雷射加工中,通過使用具有以下特性的雷射,可以在高效材料去除率的同時,實現對周圍非加工區域的最小熱損傷:
  • 通過使用具有更高峰值功率的短脈衝來增加光通量(W/cm²)
  • 使用更具可聚焦性的光束(較低的M²值)來增加光通量
  • 使用較短波長來改善光束質量和吸收
  • 增加脈衝能量或脈衝重複頻率;這將提高處理效率,因為兩者都會增加雷射的平均功率
  • 改善光束指向穩定性以實現一致的加工效果

實驗範例回顧



聚合物微銑削/金屬微銑削/陶瓷微銑削

這使得每次脈衝去除的材料體積能夠被精確控制,從而實現高解析度加工和高質量的表面處理。紫外雷射在大面積結構化和三維微加工方面表現卓越。先進的光束照明和投影技術可以實現目標區域邊緣銳利且能量密度均勻的分佈,從而精確控制每次脈衝去除的材料體積,實現高解析度加工和高質量表面處理。

實驗製作流程

典型的去除速率在 0.05 - 1.5 μm/脈衝之間。
當需要重複單一圖案時,可以在光罩中設置一組陣列特徵,利用光束的大橫截面同時加工多個特徵。
通過協調光罩和工件的運動,可以創建大型且複雜的圖案。

結論

必須仔細調整光學參數和加工速度,以優化特定的微加工任務。

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