光束整形設計方法是激光材料加工應用的關鍵

簡介

激光束整形是優(yōu)化激光材料加工應用的一項潛在技術，特別是在提高三維增材加工(AM)的表面質量和生產能力、加工深度控制和加工邊緣輪廓控制等方面。已經有一些商業(yè)上可用的光束整形器來操縱空間剖面。對于系統(tǒng)集成商或終端用戶，特別是在加工應用中，光束整形器作為一個模塊來重新分配激光能量，以提高光束的利用效率。但是，因為缺少表征工具和量化參數，光束質量控制大多只能給出預估。此外，在其他幾個制造應用中，如增材加工或高分辨率成像，定制化光束整形是必不可少的。系統(tǒng)的光束設計方法是激光材料加工應用的關鍵。

工作原理

總體的光束整形設計概念主要分為折射式和衍射式兩種。光束整形器的“流行”應用之一是將能量從高斯分布重新分配為平頂分布，如圖1所示。

圖1 Top-hat光束整形

光束整形通常用于定制化光學器件。我們在這列舉了定制化規(guī)格參數。

Top-hat光束整形器的性能參數

應用

(a)用于平頂激光器@1940nm的衍射光束整形器

在中波紅外波段范圍內，1940nm光纖激光器在透明聚合物加工過程中展現(xiàn)了獨特的優(yōu)勢。在需要均勻能量分布以避免氣泡的情況下，設計了一種平頂式波束形成器，如圖2所示。通過與新加坡科學技術研究局(A*STAR)的合作，開發(fā)了一個專門的設計軟件。

圖2 衍射光束整形器

圖3 設計軟件輸出

(b)用于線激光器@193nm的折射式光束整形器

高縱橫比光束線在激光材料加工中具有重要的應用價值。例如，在深紫外光刻應用中，均勻的光束線能有效地提高加工速度。圖4表示長寬比為400:1的光束。它由兩片特別設計的鏡頭實現(xiàn)。

圖4 193nm下高縱橫比線光束設計

作為光電行業(yè)持續(xù)創(chuàng)新的主導力量，從2008年起，波長光電為折射和衍射光學設計建立了定制工程能力。

審核編輯：郭婷