激光技术与应用 飞秒光纤激光器及其 在微细加工中的应用 ●王玉英 飞秒光纤激光器是一种主要由光纤激光器构部件采用电弧熔接的方法,因此光学轴长期无偏移, 成,具有飞秒(105秒)区持续时间的脉冲激光器。这种连接方法确保了光纤激光器的稳定性和可靠性 飞秒激光器的脉宽极窄,瞬间功率极高,既使另外,IMRA激光器系统外部采购的元器件都严格 平均输出功率为1W,峰值功率也能达到千瓦级至选用高可靠性的光通信部件,这也对激光器系统的 兆瓦级以上。飞秒激光器现已应用于以往纳秒脉冲高可靠性提供了保障。 激光器或连续波激光器无法应用的各种领域 23高光束质量 1990年,日本爱信精机公司以 IMRA America 单模光纤输出的光是近乎理想的点光源,输出光 Inc的名宇在美国成立了一家子公司,专门从事飞秒束的圆度和强度分布较容易获得接近理想的高质量 光纤激光器的研发、生产、销售与应用开发工作。输出光束。飞秒光纤激光器在用于微细加工时,聚焦 因此“IMRA”既是美国研究法人的名字,又是爱信光束很容易达到透镜的聚焦极限,因此适于微细加 精机公司生产的激光器的商标名称,这是在美国研 究开发、日本制造的激光器。 24低功耗 本文主要介绍飞秒光纤激光器及其在微细加工 现已广泛使用的钛宝石飞秒激光振荡器的晶体 中的应用实例 吸收波长在530m附近,将大功率 Nd:YAG激光器 2飞秒光纤激光器的优点 的波长转换成530mm来泵浦激光器,既需要大型 Nd: YAG激光器,又需要冷却器,其电能消耗很大 1小型、轻便 而光纤激光器则不需要冷却器,可以用二极管 光纤激光器在确保必要光学长度的同时,可将激光器直接泵浦。结果表明,飞秒光纤激光器的电 光纤卷成半径约3cm的环形。与固体激光器相比,光转换效率优于钛宝石飞秒激光器1个数量级。 光纤激光器的体积大幅缩小。光纤形态每单位体积 的表面积大于棒状或片状晶体激光器,散热效果好 3飞秒光纤激光振荡器 不需要冷却器等外围装置,因此在这方面又大幅缩 虽然20世纪90年代初问世的飞秒光纤激光器 小了激光器的体积。 的光学轴具有长期无偏移的特点,但因温度的变化 22高可靠性、高稳定性 等会使偏振面光纤旋转,从而导致输出功率的改变, 光纤激光器是由光纤部件组装而成。这些光纤因此需要偏振面的调整机构,并需要维护。 www.laserbtb.com Nov.2007
飞秒光纤激光器及其 在微细加工 中的应用 飞秒 光 纤激 光 器是 一 种 主 要 由 光纤 激 光器 构 成 ，具 有飞秒 (10 秒 )区持续时间的脉冲激光 器。 飞秒激光器 的脉宽极 窄 ，瞬 问功率极 高 ，既使 平均输 出功率为 lW，峰值 功率也 能达到千 瓦级 至 兆 瓦级 以上 。 飞秒激光器现 已应用 于以往纳 秒脉 冲 激光器或连续 波激光器无法应用 的各种领域 。 1990年 ， 日本 爱 信精 机 公 司 以 IMRA America Inc。的名字在美 国成立 了一家子公司 ， 门从事飞秒 光纤 激光 器 的研 发 、生产 、销售 与应 用开 发工 作 。 因此 “IMRA”既是美国研究法人 的名字 ．又是爱信 精机公 司生产的激光器 的商标名 称 ，这是在 美 国研 究开发 、日本制造的激光器 。 本文 主要介 绍飞秒 光纤激光 器及其在微 细加 工 中的应用实例。 2 飞秒光纤激光器的优点 2。1 小型、轻便 光纤 激光器在确保 必要光学 长度 的同时 ，可 将 光纤卷成半径约 3cm 的环形 。与 固体激 光器相 比 ， 光 纤激光器 的体 积大幅缩小 。光 纤形态 每单位体 积 的表面积大 于棒状或片状 晶体激光器 ，散热效果好 ， 不需要 冷却器等外 围装 置 ，因此 在这方 面又大 幅缩 小 了激光器 的体积。 2．2 高可靠性 、高稳定性 光纤激光器 是 由光纤 部件组 装而成 。这些光纤 ● 王 玉 英 部件采用 电弧熔接的方法 ，因此光学轴长期无偏移 ， 这种连接方法确保了光纤激光器的稳定性 和可靠性 。 另外 ．IMRA激光 器系 统外 部采购 的元 器件都 严 格 选用高可靠性的光通信部件 ，这也对激光器系统的 高可靠性提供 了保障 。 2．3 高光束质量 单模光纤输 出的光是近乎理想的点光 源 ，输 出光 束 的圆度和强度 分布较容易 获得接近理 想 的高 质量 输 出光束 。飞秒光纤激光器在用于微细加 工时 ，聚焦 光束很容易达 到透镜 的聚焦极 限 ，因此 适于微 细加 工 。 2．4 低功耗 现已广泛使用 的钛宝石 飞秒激光振 荡器 的晶体 吸收波长在 530nm附近 ，将大功率 Nd：YAG激光器 的波长 转 换成 530nm来 泵浦 激 光器 ，既需 要 大型 Nd：YAG激光器 ，又需 要冷却器 ，其 电能消耗很大 。 而光纤激光 器则不需 要冷却 器 ，可 以用 二极管 激光器直接泵 浦 。结果 表明 ，飞秒光纤激光 器的 电 光转换效率优于钛 宝石飞秒激光器 1个数量级 。 3 飞秒 光纤激 光振荡器 虽然 20世 纪 90年 代初 问世 的飞秒 光纤激 光器 的光学轴具 有长期无偏 移 的特点 ，但 因温度 的变化 等会使偏振 面光纤旋转 ，从 而导致输 出功率 的改变 ， 因此需要偏振 面的调 整机构 ，并需要维护 。 Nov． 2007 L_二 维普资讯 http://www.cqvip.com
技术与应朋 1994年, Hermann等人利用新结构的被动锁模级的脉冲峰值功率。因此,为将“飞秒光R”的千 飞秒脉冲激光振荡器实现了无调整运转。科研人员瓦级峰值功率放大3个数量级以上,爱信精机公司 在谐振腔的两端对置法拉第转子,以往返运转来补开发了如下2种放大方式 偿因环境变化所引起的偏振旋转。振荡器的波长为41光纤啁啾脉冲放大 560mm,重复频率为50MHz、脉宽为4006s,平 为了获得高脉冲能量,采用了在钛宝石等固体 均输出功率为5mW。此外,还附加了光放大器和激光放大器中广泛应用的啁啾脉冲放大方式。这种 波长转换器。该振荡器于1998年开始以“飞秒光R”方式是在光放大器之前,利用波长引起的折射率差 为品牌投放市场,无须维修,可稳定工作30000h以延长脉宽使峰值功率降低并实现光放大,然后在最 上,现仍在继续工作,其长期耐久性数据如图1所终端进行脉冲压缩。 示。这种被动锁模飞秒脉冲激光振荡器可用于最先 与固体激光放大器的区别是:光纤啁啾放大无 进的光通信用光计量系统中,作为免维修光源,现需用空间光学部件,而是用光纤的色散来实现放大, 已被多家公司的飞秒激光应用仪器所利用。 因此人们将其称为光纤啁啾脉冲放大(FCPA)。 42用大口径光纤进行光放大 当单模光纤内的飞秒脉冲进行光放大时,若脉 冲能量为n/p以上,非线性效应则变得明显,增益 瑭下降。为了控制这种非线性光学效应,增大光纤内 的有效面积,并降低每单位面积的峰值功率,能够 输出功率 有助于实现大功率 000C 30000 然而,扩大有效面积和单模变成多模会降低光 时间(Hr) 图1飞秒激光振荡器长期耐久性评价实验结果 束质量。为解决这个问题,可通过选择性地提高光 纤高阶模的损耗达到理想要求。实验结果证明,即 4飞秒光纤放大器 使将多模光纤用于放大也可以保持高光束质量 当飞秒脉冲激光器用于工业加工时,需要兆瓦 型号名称 FCPAμ Jewel BS-400 FCPAμ Jewel D-400 外观 振荡材料 中心波长 脉宽 重复频率 200kH(100-1000kHz工厂预先调整) 200kH(100-1000kHz工厂预先调整) 平均输出功率 0.4W 0.4W 峰值功率 24 Mw 功耗 320W(AC100V) 400W(AC100V) 图2加工用FCPAμ Jewel飞秒光纤激光器 18光机电信息 ov.2007
1994年 ，Fermann等人 利用新 结构 的被动锁模 飞秒 脉冲激光振荡器 实现了无调整运转 。科研人 员 在谐 振腔的两端对置法 拉第 转子 ，以往返 运转来 补 偿 因环境变化所引起 的偏振 旋转 。振荡 器的波长 为 1560nm，重 复频 率 为 50MHz、脉 宽为 400fs，平 均输 出功率为 5mW。此 外 ，还 附加 了光放 大器 和 波长转换器 。该振荡器 于 1998年开始以“飞秒光 R” 为品牌投放市场 ，无须 维修 ，可稳定工作 30000h以 上 ，现 仍在继 续工 作 ，其 长期 耐久性 数据 如 图 1所 示。这种被动锁模 飞秒脉冲激光振 荡器可用 于最先 进的光通信用光计量 系统 中，作为免 维修光 源 ，现 已被多家公司的飞秒激光应用仪器所利用。 S 褂 弭 铎 图 1 飞 秒 激 光 振荡 器 长 期 耐 久性 评 价 实 验 结 果 廷 删 4 飞秒光纤放大器 当飞秒脉冲激光 器用于 1=业加 工时 ．需要 兆瓦 级 的脉冲峰值 功率 。因此 ，为将 “飞秒光 R”的千 瓦 级峰值功率放大 3个 数量级 以上 ，爱信精机公 司 开发 了如下 2种放大方式。 4．1 光纤啁瞅脉 冲放 大 为了获得高脉冲能量．采用了在钛宝石等固体 激光放大器中广泛应用的啁啾脉冲放大方式。这种 方式是在光放大器 之前 ，利用波 长引起 的折射率差 延 长脉宽使峰值功 率降低并 实现光放大 ，然后在最 终端进行脉 冲压缩 。 与固体激光放 大器 的区别 是 ：光纤啁 啾放大无 需用空 间光学部件 ，而是用光纤 的色散来实现放大 ， 因此人们将其称为光纤啁啾脉冲放大 (FCPA)。 4_2 用大 口径光纤进行 光放 大 当单模 光纤 内的飞秒 脉冲进 行光放大 时 ，若脉 冲能量为 nJ／p以上 ，非线性效应则变得 明显 ，增益 下降。为 了控制这 种非线性 光学效应 ，增 大光纤 内 的有效面积 ，并 降低每单位 面积的峰值功 率 ，能够 有 助于实现大功率 。 然而 ，扩大有效 面积和单模 变成多模会 降低光 束质量 。为解决 这个问题 ，可 通过选择性 地提高 光 纤高阶模的损耗 达到理想要 求。实验结 果证 明 ，即 使 将多模光纤用 于放大也可 以保持高光束质量。 璺 图 2 加 工 用 FCPA Jewel飞秒 光 纤 激 光 器 维普资讯 http://www.cqvip.com
维告资讯hp/www.cqvip.coun 邀些技术气应 Laser technology& A 43工业加工用飞秒光纤激光器— FCPA H Jewel实现低成本加工。 以上述技术为基础,爱信精机公司推出了FCPA 综上所述,飞秒加工只能用直径约几微米的焦 μ Jewel脉冲激光器。该激光器具有小型、轻便、高点进行加工。如果在进行某种大体积物质的去除加 稳定性和高可靠性的优点。在以重复频率工作时,工时,需在光束高速旋转的同时进行高速扫描加工 具有山级的脉冲能量。因这种激光器的振荡介质表1给出了飞秒加工机的技术性能指标。飞秒加工 不同,所以该公司开发了2种类型,其外形及性能机可根据客户的需求进行加工。 指标如图2所示。无论哪种类型,均不需要冷却器,仅 表1飞秒加工机的技术性能指标 使用100V交流电源就可运转。 技术性能指标 5利用 FCPA H Jewe激光器进行 XY轴载物台线性马达驱动+高刚性IM导轨 飞秒微细加工 移动量:320mm,分辨率:0.05μm Z轴载物台 光学系统移动用,移动量:100mm 从原理上讲,飞秒激光加工与以往用较长脉宽 分辨率:0.025-1μm(可替换) 试料台 多孔陶瓷,真空吸附 4~12in对 的纳秒激光加工有所不同。 应)调整样品倾斜角 载物台 用纳秒激光加工时,当激光照射物质时,首先聚焦 物镜用压力控制器 测量范围:<±20μm,分辨率0.1pm 电子振动,然后因其声耦合而变为晶格振动,并对 光束扫描区通过电流进行视场内的激光扫描,具有 DXF数据扫描功能 周围传热,使周围物质加热、熔化、蒸发。采用纳 CCD相机,121in 秒激光器可进行钻孔和切割加工 光学观察系统聚焦用分度镜投修T彩色相机 飞秒激光器因光脉冲的持续时间为飞秒级,因 控制软件 控制XYZ载物台和快门,具有DXF数 此在声振动转换为晶格振动之前便结東能量供给 尺寸 阳工机主体(激光器内部):1600mmx 当脉冲能量低于加工阈值时,电子振动停止。若高 1250mmx1600mm 控制机架(19in机架):600mm×600mm 1100mm 于某阈值以上,其强大的振动引起电离,剥离耦合 加工机:AC1000V15A激光器:ACl00V 电子,引起物质的烧蚀。也就是说,飞秒激光器可 实现不 程的加工,只用透镜聚焦光束进行 激光器 FCPA H Jet D-400 elBS-400或FCPAμ Jewel 控制深度方向的三维加工,这就是飞秒激光加工的 特点。 6飞秒加工的实例 飞秒加工具有下列优点:①对加工区周围的热 影响小;②可加工其它激光难以加工的材料,如透 下面介绍采用FCPAμ Jewel i激光器加工的实 明材料、高熔点材料、热分解器和热变形材料等;例。 ③可利用聚焦光束进行控制深度方向的内部加工。61在树脂衬底上选择去除金属薄膜 但在飞秒加工中,当脉冲能量密度过大时,会使原 爱信精机公司的研究人员对是否能最小限度地 始材料熔化、出现微裂纹并对周边产生较大的热影保持加工周围的热影响是否能够仅对所指定的部位 响,其加工结果与纳秒加工没有什么区别 进行微细加工进行了试验验证。对聚酰亚胺树脂薄膜 因此,为了实现高品质、重复性好和碎片少的衬底(厚度25m)上的45m铜膜进行了去除实 加工,采用略超过加工阈值的脉冲能量密度至关重验,加工样品的去除宽度为75m(见图2)。采用的 要。具有高重复脉冲的 FCPA u Jewel激光器能最大激光束直径为40wm01200rp6的转速旋切,进 限度地利用飞秒加工的优点进行高速加工,并有望给速度为05mms横向扫描3次,深度方向扫描3 次实现了去除加工。结果表明,对树脂无热影响,实现 www.laserbtb.com 19
4．3 工业加工用飞秒光纤激光器——FCPAlaJewel 以上述技术 为基 础 ，爱信精机公 司推 出了FCPA Jewel脉冲激光器 。该 激光器具有小型 、轻便 、高 稳定性 和 高可靠 性 的优点 。在 以重复 频率 工作 时 ， 具有 级 的脉 冲能量 。因这种 激光器 的振 荡介 质 不 同，所 以该公 司开发 了 2种类型 ，其 外形及性 能 指标如图 2所示 。无论 哪种类 型 ，均不需要冷却器 ，仅 使用 100V交流 电源就可运转 。 5 利用 FCPAuJeweI激光器进行 飞秒微 细加工 从原理上讲 ，飞秒 激光加工 与以往用较 长脉宽 的纳秒激光加 工有所 不同。 用纳秒激光 加工 时 ，当激光 照射物 质时 ，首先 电子振动 ，然后 因其声 耦合而变 为晶格振 动 ，并对 周围传热 ，使周围物质加热、熔化、蒸发。采用纳 秒激光器可进行 钻孔 和切割加工。 飞秒激光器 因光脉 冲的持续 时间为 飞秒级 ，因 此 在声振 动转换 为 晶格 振动 之前便结 束 能量 供 给。 当脉冲能 量低于加 工阈值时 ，电子振动停 止 。若 高 于某 阈值 以上 ，其强大 的振动 引起 电离 ，剥离耦 合 电子 ，引起物质 的烧蚀 。也就是 说 ，飞秒 激光器 可 实 现不经过热过程 的加工 ．只用 透镜聚 焦光束进 行 控 制深度方 向的三维 加工 ，这 就是飞秒 激光加 工的 特 点。 飞秒加工具有下列优点：①对加工区周围的热 影响小；②可加工其它激光难以加工的材料，如透 明材料 、高熔 点材 料 、热分 解器 和热变 形材 料 等 ； ③可利用聚焦光束进行控制深度方 向的内部加工。 但 在飞秒加工 中，当脉冲能量 密度过大 时 ，会使 原 始材料熔化 、出现微裂纹并对 周边产生 较大 的热影 响，其加工结果与纳秒加工没有什么区别。 因此 ，为 了实 现高 品质 、重复性好 和碎 片少 的 加 工 ，采用略超过 加工阈值 的脉冲能量 密度至关 重 要 。具有 高重 复脉冲的 FCPA“Jewel激光器 能最 大 限度地利用飞秒加 工的优点进行 高速加 工 ．并 有望 实现低成本加 工。 综 上所述 ，飞秒加 工只能用直径 约几微米 的焦 点进行加工。如果在进行某种大体积物质的去除加 工时，需在光束高速旋转的同时进行高速扫描加工 表 1给 出了飞秒加 工机 的技术性能 指标 。飞秒 加工 机可根据客户的需求进行加工。 表 1 飞 秒 加 工 机 的技 术 性 能 指 标 项 目 技 术性 能 指 标 y轴 载 物 台 Z轴 载 物 台 试 料 台 聚 焦 光 束 扫 描 区 光 学 观 察 系 统 控 制 软 件 尺 寸 电 源 激 光器 线性马达驱动+高刚性 LM 导轨 移动量 ：320mm，分辨率 ：0．05Ixm 光 学 系 统 移 动用 ，移 动量 ：100mm 分 辨 率 ：0．025～1Ixm(可 替换 ) 多 孑L陶 瓷 ，真 空 吸 附 法 ( 4～12in对 应 )调 整 样 品 倾 斜 角 的 手 动 载 物 台 物 镜 用 压 力 控制 器 测量范围 ：<±2OIxm．分辨率 O．1Ixm 通过 电流进行 视场 内的激 光扫描 ，具有 DXF数 据 扫 描功 能 CCD相 机 ．12．1inTFr彩 色 相 机 聚 焦 用 分度 镜 投 影 控 制 XYZ载 物 台和 快 门 ，具 有 DXF数 据扫描功能 加工机 主体 (激光器 内部 )：1600mmx 1250mmxl600mm 控 制 机架 (19in机 架 )：600mmx600mmx 1lOOmm 加 工 机 ：AC1O0oV 15A 激 光 器 ：AC10oV 5A FCPA txJewelBS一400或 FCPA Jewel D一400 6 飞秒加 工的实例 下 面 介 绍 采用 FCPA Jewel激 光 器 加 工 的 实 例。 6．1 在树脂衬底上选择去 除金属薄膜 爱信精机公 司的研 究人员对 是否能最 小限度 地 保持加工周围的热影响 ，是否能够仅对所指 定的部位 进行微细加工进行 了试验验证 。对聚酰亚胺树脂薄膜 衬底 (厚度 25 m)上 的 4．5 m铜膜进行 了去 除实 验 ，加工样 品的去除宽 度为 75 m(见 图 2)。采用 的 激光束直径为 40 m、以 12000r．P．S的转速旋切 ，进 给速度为 0．5mm／s横向扫描 3次，深度方向扫描 3 次实现了去除 加工。结果表明 ，对树脂无热影响 ，实现 Nov 业 ． 2007 维普资讯 http://www.cqvip.com
激核与座 以加工的单晶金刚石进行了打孔加工(孔径20 μum)。图4给出了用光束开孔的同时,采用光束扫 描表面并在深度方向以2μms的速庋扫描实现深孔 加工的例子。在加工部位的周围未见烧伤痕迹,实 现了单晶金刚石的理想加工。 图2在聚酰亚胺树脂薄膜衬底上去除铜膜(左为光学 显微镜图像,右为利用激光显微镜数据,强调深 度方向尺寸的结果) 了理想的铜膜去除加工。这种加工方法有望用于电 路的修复、去毛刺和小批量产品的图案成型。 62在石英衬底上加工微通道 在生物和制药领域,飞秒激光器可以在石英基 板上进行微通道加工。用飞秒激光器在石英衬底上 图4在单晶金刚石上加工直径为20Hm的孔 形成宽70m、深200m任意形状的槽(见图3)。通 64耐热铬镍铁合金的槽加工 常廉价的、一次性使用的微通道采用的是树脂衬底, 铬镍铁合金是一种在1200℃高温下也难以熔 但对部分需要到达紫外波段的要采用对紫外线透射 化的高耐热性合金,因此难以切削。用于高压实验 的石英衬底。 的一些元件使用这种材料,其微细布线需要开细槽。 采用FCPAμ Jewel飞秒激光器对铬镍铁合金表面进 行了开槽加工,加工结果如图5所示,槽宽为 50μm、槽深为42μm,整个槽的深度与宽度都很 均匀,说明加工过程非常稳定。另外从照片可以看 出槽边缘部位没有下垂碎沫附着(见图5)。 I MRA 图3用飞秒激光器在石英衬底上形成的微通道 加工方法是以直径为70μm的光束旋切 0.5mm/s的进给速度,加工深度随扫描次数的增加 而任意增加,也可实现1mm衬底的穿透加工。利 用飞秒激光也可对硼硅玻璃、蓝宝石等衬底材料 图5在耐热、难切削的铬镍铁合金上加工的槽。 进行同样的加工,但加工的表面光洁度不理想65直径1μm孔的加工 (R=0.5μm)。为解决这个问题,必须改善进给速度 当用物镜聚焦红外激光时,聚焦直径为几微米。 和激光输出功率等加工条件,使其达到最佳化 一般很难实现尺度在聚焦直径以下的微孔加工。然 63单晶金刚石的微细打孔加工 而,飞秒激光器可利用聚焦点上的光束强度分布 利用FCPAμ Jewel飞秒激光器对其它激光器难通过对超过加工阈值的中心部分进行调整成功地打 20光机电信息
图 2 在 聚酰 亚 胺 树 脂 薄 膜 衬 底 上 去 除 铜 膜 (左 为 光 学 显微镜图像 ，右为利用激光 显微镜数据 ，强调深 度 方 向 尺 寸 的结 果 )。 了理想 的铜膜 去除加工 。这种 加工方法有 望用于 电 路 的修复 、去毛刺 和小批量产 品的图案成型。 6I2 在石英衬底上加工微通道 在生物和制药领 域 ．飞秒 激光器可 以在石英基 板 上进 行微通 道加工 。用 飞秒 激光器在石英 衬底上 形成宽 70txm、深 200txm任 意形状 的槽(见图 3)。通 常廉价 的 、一次性使用 的微 通道采用的是树脂 衬底 ， 但对部 分需要 到达紫外波段 的要采用对 紫外 线透射 的石英衬底 。 图 3 用 毪秒 激 光 器 在 石英 衬 底 卜形 成 的微 通 道 加 工 方 法 是 以 直 径 为 70 m 的 光 束 旋 切 ， 0．5mm／s的进 给速度 ，加 工深度 随扫 描次数 的增加 而任意增加 ，也可实现 1mm衬底的穿透加工。利 用 飞秒 激光 也 可对 硼 硅玻 璃 、蓝宝 石 等衬 底 材料 进 行 同样 的 加 工 ，但 加 工 的 表 面 光 洁 度 不 理 想 (R；_0．5 m)。为解决这个 问题 ，必须改善进给 速度 和激光输出功 率等加工条件 ，使其达到最佳化 。 6．3 单晶金 刚石的微细打子L加工 利用 FCPA Jewel飞秒激光器对其它激光器难 以 加 T 的 单 晶金 刚 石 进 行 了 打 孔 加 工 (孔 径 20 Ixm)。图 4给出了用光束开孔的同时 ，采用光束扫 描表面并在深度方向 以 2Ixn#s的速度扫描实现深孔 加工 的例子 。在加 工部位 的周 同未见烧伤 痕迹 ，实 现 单品金 刚石的理想加 丁。 冈 4 在 单 晶金 刚 石 上加 工 直径 为 20 m 的孔 6．4 耐热铬镍铁合金的槽加工 铬镍铁 合金是一 种在 l200oC高 温下也难 以熔 化 的高耐热性合 金 ．因此难 以切削 。用 于高压实验 的一些元件使用这种材料 ，其微细布线需要 开细槽 。 采用 FCPAtxJewel飞秒激光器对铬镍铁合金表 面进 行 了 开槽 加 工 ，加 ：r结 果 如 图 5所 示 ，槽 宽 为 50 m、槽深为 42 m，整个 槽 的深度 与宽 度都 很 均匀 ，说 明加工 过程非 常稳 定 。另外 从照片可 以看 出槽边缘部位没有 下垂碎 沫附着 f见图 5)。 网 5 在 耐热 、难 切 削 的 铬镍 铁 合 金 加 T 的槽 。 6．5 直径 1um 子L的加工 当用物镜聚焦红外激光时 ，聚焦直径为几微米 。 一 般很难实现尺度在 聚焦直 径 以下 的微 孔加工 。然 而 ．飞秒激 光器 可利用 聚 焦点上 的光束 强度 分布 ， 通 过对超过加 工阈值的 中心部分进行 调整成功 地打 维普资讯 http://www.cqvip.com
维资讯hp:/www.cqvip.com 的孔。当照射时间为4-8msec时,孔深达364mm 正好只去除钴层,而不伤及SO2层(见图6)。孔周 围几乎没有碎沫,达到了理想的加工结果。在加工 口处见到的须状物可能是在偏振方向形成的垂直表 面的纳米周期结构。如果将偏振光变成圆偏振光, 或无偏振光,那么这种现象就会消失。 7结束语 图6在SiO2上的钴膜加T1um的孔 事实上,爱信精机公司的飞秒激光用于工业加 出了比聚焦直径小的微孔。 工的最大障碍是受飞秒加T基本专利的限制,也就 另外,飞秒光纤激光器可用于制作生物传感器。 是所谓的“密歇根专利(美国专利号:专利 要求激光器在SO2膜上、厚度为364mm的钴膜上5656186、日本专利号328365)”。这项专利是加工方 打出直径为1m的孔,而不能伤及钴膜下面的法的专利,激光制造商不能直接侵权,但为拓展飞 SiO2。若在加工过程中产生碎沫则不能确保纳米级秒加工技术在工业中的应用,爱信精机公司现已获 的光洁度,还会影响其后边的工序 得了该专利使用权。 当加工条件达到最佳化时,激光输出聚焦功率 此外,爱信精机公司还组建了能实际利用爱信精机 达5mW,当用50倍的物镜聚焦时,可以获得约1μm 公司生产的激光器进行加工的“开放实验室”。希望今 后飞秒加工技术的应用得到进一步的发展。(No.1) ∠m北京欧普特科技有限公司 光学元件库一欧普特科技欢迎访河 g° away.con 北京欧普特科技有限公司致力于光学精密仪器,光学零件的设计,开发与加工生产。基于长期为国 际市场加工生产传统高精度光学零件的基础,我公司严格参照国际通常规格及技术指标,备有完整系列的 精密光学零部件(备有产品样本供参考)供国内各大专院校、科研机构、试验室随时选用,我公司同时可 为您的应用提供技木咨询。我公司有趄过⑩0年的红外材料销售、加工经验,可以提供美国及欧洲产的优质 红外光学材料,如晒化锌 CVD ZnSe,硫化锌 CVD Zns,多光谱硫化铎 CVD CLEARTRAN Zn5,砷化 钾、氟化钙、氟化镁、氟化钡、氟化锂、锗和硅等。 ●光学透镜:平凸双凸、平凹、双凹、消色差胶合透镜等。直径1- 150mm;焦距1-2000mm;材料包括光学玻璃、紫 外石英玻璃、有色光学玻璃和红外材料 ●光学棱镜:各种规格直角棱镜及其他常用棱镜 ●光学反射镜各种尺寸规格的镀铝、镀银、镀金和介质反射镜。 直径5-200mm ●光学窗口:各种尺寸规格、材料的光学平面窗口、平品。直径5 ●各种有色玻璃滤光片:规格为直径5-200mm。(紫外、可见 红外),及窄带十涉滤光片 ●紫外石英光纤:进口紫外石英光纤,SMA接口光纤探头,紫外 石英焦探头 地址:北京市海淀区知春路49号希格玛大厦B座#3 邮编:100080 电话:010-889621888096217传真:010-88096216网址:www.goldway.com.cn 联系人:陈锵先生施楠小姐曾楠小姐 E-mail:xuyong@goldway.comcn,kevinchen(@goldway.com.cn,shinan@goldway.com.cn www.laserbtb.com
图 6 在 SiO：上 的钻 膜 加 T 11xm 的孔 出了 比聚焦 直径小 的微孔 另外 ，飞秒光纤激光 器可用 于制作 生物传感器 要求激 光器 在 SiO 膜 上 、厚度 为 364nm 的钴 膜上 打 出直 径 为 1Ixm 的孔 ，而 不 能 伤 及 钴 膜 下 面 的 Si0：。若 在加 ：[过 程 中产生碎 沫则 不 能确保 纳 米级 的光 洁度 ，还会影响其后边 的工序 。 当加 工条件 达到最佳 化时 ，激 光输 出聚焦 功率 达 5mW，当用 50倍的物镜聚焦时 ，可以获得约 lIxm 的孔 。当照 射时 间为 4～8msee时 ，孔 深达 364nm． 正好只去除钴层 ，而不 伤及 Si0 层 (见图 6)。孔周 围几乎没 有碎沫 ，达到 了理想 的加工 结果 在 加_T 口处见 到的须状物可 能是存偏 振方 向形 成 的垂 直表 面 的纳 米 周期结 构 。如果 将偏振 光 变成 圆偏 振光 ． 或无 偏振光 ，那 么这种现象就会 消失 7 结 束 语 事 实上 ，爱信精机 公司的 飞秒 激光用 于工业加 工 的最大障碍是 受飞秒 加 『基本 利 的限制 ，也就 是 所 谓 的 “密 歇 根 利 (美 国 利 号 ： 专 利 5656186、日本 g-,~j号 328365)”。这项 利是加工方 法 的专利 ，激光制 造商 不能 直接侵权 ，但为拓 展飞 秒加 T技术在 T_；lk中 的应用 ，爱信精 机公司 现已获 得 了该 利使用权 此外 ，爱信精机公司还组建了能实际利用爱信精机 公司生产的激光器进行加[的“开放实验 室”希望今 后飞秒加 T技术的应用得 到进一步 的发展 (No．11 北京欧普特 科技有 限公 司致 力 于光 学精 密仪 器，光学零件 的设计 ，开发 与加 工生产 基 于长期 为 国 际市场 加工生产传统 高精度光 学零件的基 础 ，我公 司严格参 照国际通常规格 及技术指标 ．备 有 完整 系列的 精密光学零部件 (备有产品样本供参考)供国内各大专院校、科研机构、试验室随时选用．我公司同时可 为您的应 用提供技 术咨询 一 我公 司有超 过 10年的红 外材料销 售、加212经验 ，可以提供 美国及欧洲 产的优 质 红外 光学材 料 ，如 硒化 锌 CVD ZnSe，硫化 锌 CVD ZnS，多光谱 硫化 锌 CVD CLEARTRAN ZnS．砷 化 钾 、氟化钙 、氟化镁 、氟化钡 、氟化锂 、锗和硅等 ●光 学透 镜 ：平凸 、双凸 、平 凹 、双凹 、消色差胶 合透镜等 。直径 】～ 150mm；焦 距 1～2000mm；材 料 包 括 、光学 玻璃 、紫 外石 英玻璃 、有 色光 学玻 璃 和红外 材料 ●光 学棱镜 ：各 种规 格直 角棱 镜及 其他 常用 棱镜 ●光学 反射 镜 ：各种 尺寸规 格 的镀 铝 、镀 银 、镀金 和介质 反射 镜 。 直 径 5～2001111。 ●光 学 窗 口 ：各 种尺寸规格 、材料 的光学平面窗 口 、平 晶。直径 5～ 200FIIII1。 ●各种 有 色 玻璃 滤光 片 ：规 格 为直 径 5-200mFi1 (紫外 、叮见 、 红外 )，及 窄 带干 涉滤光 片 ● 紫外 石英 光 纤 ：进 口紫外 石英 光 纤 ，SMA接 口光纤 探头 ．紫外 石 英聚 焦探 头 。 地址 ：北京市海 淀区知春路 49号希格玛 大厦 B座 #306室 邮编 ：100080 电话 ：010—88096218 88096217 传真 ：010—88096216 网址 ：www．goldway m．cn 联系人 ：陈锵 先生 施楠小姐 曾楠小姐 E-mail：xuyong@goldway．00111．CII，kevinehen@goldway． COLT!．Cll，shinan@goldway．Corr1．Cgl w w w ． 。 la v s ． er 2 b 。 t 。 b 7 ．com I 1 — 2— 1 Ov． 2007 I一 维普资讯 http://www.cqvip.com