紫外线激光在高端精密加工中的应用

近年来，高功率，高光束质量的激光器在各种材料加工行业中的应用得到了迅速发展，并且激光器的类型很多：不同的结构分为气体激光器，固体激光器，光纤激光器和半导体激光器，它们已经成为支撑材料加工业的主流，其波长范围从远红外到深紫外可以覆盖（200nm〜20um），不同的行业还将使用不同的功率范围，不同的光束质量，不同的激光输出方法等。在薄膜非金属材料的加工领域，半导体晶圆切割，有机玻璃切割，钻孔，打标等领域，为了减少热效应的影响，希望小孔径光斑效应和高峰值功率，紫外线激光器的作用和位置是如此出色，不可能替代。金属加工的波长主要在红外波段，加工金属需要高功率和高热量。但是，红外或可见光通常是通过局部加热进行处理的，局部加热会产生高亮度，从而使材料汽化和熔化。但是，这种热量将导致激光区域周围的材料受到影响甚至被破坏，从而限制了加工边缘的质量和工业应用范围。紫外线激光是一种短波高能光子激光，它作用于该物质上而直接破坏了该材料的原子成分的化学键而没有产生热量，因此紫外线激光加工通常称为“冷加工”。市场上有两种主要类型的UV激光器：气体UV激光器和固体UV激光器。固态紫外线激光器由于其高效率和小尺寸而在市场上占有很大份额。固态UV激光器还具有半导体泵浦激光器的优点：低热损失，高晶体吸收效率，易于维护以及高峰值功率。固态紫外激光器一般选择基频1064nm红外光进行3倍频率输出，即266nm，或者先将频率翻倍至532nm，然后再以532nm倍频输出，并将未转换的基频光输出至355nm。倍频通常使用高透射非线性晶体，该晶体通常具有角度匹配和温度匹配，并且该结构可以分为两种类型：腔体内的倍频和腔外部的倍频。达到相位匹配条件的方法：由于一般介质的正常色散效应，即高频光的折射率大于低频光的折射率，例如n2omega，“ nomega”，约为10-2个数量级。 Δkne，0。但是，对于各向同性晶体，由于存在双折射，我们可以利用不同偏振光之间的折射率关系来找到相位匹配条件，以使Δk＝ 0。该方法通常用于负单轴晶体。下面以负单轴晶体为例。图2示出了晶体中基频光的两个不同偏振态的折射率平面与倍频光之间的关系。在图中，实心球形表面是基频折射率表面，虚线球形表面是倍频光折射率表面，球形表面是o光折射率表面，椭圆形表面是e光折射率表面，并且z轴是光轴。折射率表面的定义：从球体的中心到表面上某个点绘制的每个矢量直径的长度表示晶体的光波的折射率，该矢量直径为波法线方向。实现相位匹配条件的方法之一是找到真实表面与虚拟表面相交的位置，从而获得弧矢直径与通过该相交点的光轴之间的夹角。从图中可以看出，o光线在基频光中的折射率可以等于e光线在倍频光中的折射率，因此当光波沿着θ和m角方向传播时，校准轴，可以实现相位匹配。 θm称为相位匹配角。紫外线激光加工在高端应用市场中具有以下用途：晶圆基板切割，太阳能电池板切割，玻璃材料切割，有机材料打标，微电路生产，微纳米加工生产等。通常，晶圆材料坚硬，而且体积小。加工精度高。物理切割机用于处理。破裂模式的分离将导致碎裂，切口不佳和刀片钝化。它限制了产品产量的提高，并使用了紫外线。激光切割蓝宝石衬底，半导体晶片衬底可以得到较小的切口，并且高速切割不受热区的影响，大大提高了成品率。在智能手机兴起的推动下，利用紫外线激光的应用，逐渐有了发展的空间。过去，由于手机功能少，激光加工成本高，激光加工在手机市场上的地位不高，但是现在智能手机功能很多，集成度很高，需要集成在有限的空间内。十种传感器和上百种功能器件，且组件成本很高，因此准确性，良率和加工要求大大提高，紫外线激光器已在手机行业中得到了广泛的应用。智能手机的特点是触摸屏的功能。电容式触摸屏可以实现多点触摸。与电阻式触摸屏相对应，它具有更长的使用寿命和更快的响应速度。因此，电容式触摸屏已经成为智能手机的主流选择。陶瓷在人类历史上一直扮演着重要的角色，从日用品，装饰品到工业应用，都可以看到其足迹。在上个世纪，电子陶瓷的应用已逐渐成熟，并具有广泛的应用范围，例如散热基板，压电材料，电阻器，半导体应用和生物应用。除了传统的陶瓷加工技术外，由于应用类型的增加，陶瓷加工也已进入。激光加工领域。根据陶瓷材料的类型，它们可以分为功能陶瓷，结构陶瓷和生物陶瓷。可用于加工陶瓷的激光器包括CO2激光器，YAG激光器，绿色激光器等。但是，随着组件的逐渐小型化，YAG激光器或光纤激光器的加工无法满足其要求，因此紫外激光加工已成为一种趋势。一种必要的加工方法。他可以加工多种类型的陶瓷。 CO2激光加工与紫外线激光加工的陶瓷切割效果比较图如下：