一種采用mopa光纖激光器的加工方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種采用MOPA光纖激光器的加工方法，其包括以下步驟：采用MOPA光纖激光器輸出窄脈寬激光到被加工材料。采用上述方案，本發(fā)明采用窄脈寬激光進(jìn)行材料加工，適用于金屬板和塑料板，可有效減輕彎曲變形現(xiàn)象，在加工材料時(shí)，不會(huì)使被加工物質(zhì)發(fā)生物理彎曲形變，適用于金屬片，例如手機(jī)中基板、平板等數(shù)碼產(chǎn)品金屬外殼；還適用于塑料片或者塑料殼體，具有很高的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。
【專利說(shuō)明】—種采用MOPA光纖激光器的加工方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及MOPA光纖激光器，尤其涉及的是，一種采用MOPA光纖激光器的加工方法。

【背景技術(shù)】
[0002]以前大部分產(chǎn)品的標(biāo)碼和標(biāo)識(shí)都由噴墨和蝕刻處理標(biāo)記上去的，但是隨著激光器的發(fā)展和激光打標(biāo)所帶來(lái)的各種優(yōu)勢(shì)，激光打標(biāo)將漸漸地取代它們?？紤]到紫外激光器的冷加工，它的光子能量比較大，是通過(guò)破壞物質(zhì)的化學(xué)鍵對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行加工的因此它打標(biāo)出來(lái)的產(chǎn)品比較漂亮，邊緣無(wú)毛刺無(wú)爆點(diǎn)；例如，IPhone 5C的后殼處理采用紫外激光器加工完成。
[0003]但是，紫外激光器價(jià)格昂貴。
[0004]替代的，采用脈沖光纖激光器加工厚度小于Imm的金屬薄板，但是，由于激光沖擊力以及被高溫熔融的液態(tài)金屬凝結(jié)時(shí)候產(chǎn)生的收縮力，會(huì)使金屬板發(fā)生變形彎曲，嚴(yán)重時(shí)可在金屬板背面看到明顯的激光加工痕跡。
[0005]例如，采用1064nm脈沖光纖激光器加工金屬薄板，在激光加工時(shí)，受激光能量以及其作用時(shí)產(chǎn)生的熱影響，使基材彎曲變形，在背面看見(jiàn)有激光加工痕跡。傳統(tǒng)加工辦法，因其激光作用時(shí)間長(zhǎng)(10ns)和頻率(20KHz?80KHz)可調(diào)整范圍小，導(dǎo)致無(wú)法減輕熱影響區(qū)域，必然引起材料形變。
[0006]因此，現(xiàn)有技術(shù)采用的激光加工技術(shù)，受其激光與材料作用時(shí)間(即脈沖寬度，100ns)影響，容易導(dǎo)致能量過(guò)大，產(chǎn)生熱效應(yīng)。除開(kāi)加工所需的激光能量外，多余的能量會(huì)繼續(xù)作用在金屬物質(zhì)上，持續(xù)對(duì)材質(zhì)產(chǎn)生沖擊和使金屬液態(tài)化，當(dāng)一個(gè)激光脈沖停止時(shí)，液態(tài)金屬冷卻凝結(jié)成固態(tài)時(shí)，又會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，使得形變更加嚴(yán)重。
[0007]采用MOPA光纖激光器的加工方法200810181570.X提供了一種激光加工方法和激光加工頭，該發(fā)明所提供的激光加工方法通過(guò)從加工頭前端的噴嘴的同一開(kāi)口部向表面貼有保護(hù)層的板狀金屬材料照射激光束和吹送輔助氣體來(lái)進(jìn)行切割和開(kāi)孔等加工，在該方法中，當(dāng)所述保護(hù)層的熔融寬度為G[mm]、所述噴嘴的開(kāi)口徑為D[mm]時(shí)，將噴嘴開(kāi)口徑設(shè)定為滿足D/G ^ 2 ;通過(guò)對(duì)所述板狀金屬材料和所述保護(hù)層照射一次激光束進(jìn)行加工。
[0008]這樣，就存在上述技術(shù)問(wèn)題:板狀金屬材料容易變形，并且，加工塑料材料更容易變形。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種新的采用MOPA光纖激光器的加工方法。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種采用MOPA光纖激光器的加工方法，其包括以下步驟:采用MOPA光纖激光器輸出窄脈寬激光到被加工材料。
[0011]優(yōu)選的，通過(guò)激光軟件控制MOPA光纖激光器，輸出窄脈寬激光到被加工材料。
[0012]優(yōu)選的，所述窄脈寬為Ins?1ns的脈沖寬度。
[0013]優(yōu)選的，MOPA光纖激光器的激光束經(jīng)過(guò)聚焦鏡匯聚后，輸出的窄脈寬激光，在正焦處光斑大小為50微米土 10微米。
[0014]優(yōu)選的，所述激光的每行掃描間隔距離為0.05毫米±0.01毫米。
[0015]優(yōu)選的，所述激光的掃描速度為5000毫米每秒±500毫米每秒。
[0016]優(yōu)選的，所述激光的單脈沖能量為0.2毫焦±0.05毫焦。
[0017]優(yōu)選的，所述激光的波長(zhǎng)為1064nm。
[0018]優(yōu)選的，所述激光的頻率為10kHz±lkHz。
[0019]優(yōu)選的，所述激光的速度為所述激光的掃描速度為100毫米每秒土 10毫米每秒。
[0020]采用上述方案，本發(fā)明采用窄脈寬激光進(jìn)行材料加工，適用于金屬板和塑料板，具有很高的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的實(shí)施示意圖；
圖2為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的軟件設(shè)置示意圖；
圖3為圖2所示實(shí)施例的又一軟件設(shè)置示意圖；
圖4為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]為了便于理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。本說(shuō)明書(shū)及其附圖中給出了本發(fā)明的較佳的實(shí)施例，但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，并不限于本說(shuō)明書(shū)所描述的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例的目的是使對(duì)本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容的理解更加透徹全面。
[0023]需要說(shuō)明的是，當(dāng)某一元件固定于另一個(gè)元件，包括將該元件直接固定于該另一個(gè)元件,或者將該元件通過(guò)至少一個(gè)居中的其它元件固定于該另一個(gè)元件。當(dāng)一個(gè)元件連接另一個(gè)元件，包括將該元件直接連接到該另一個(gè)元件，或者將該元件通過(guò)至少一個(gè)居中的其它元件連接到該另一個(gè)元件。
[0024]相比較紫外激光器，MOPA(Master Oscillator Power-Amplifier,主控振蕩器的功率放大器)光纖激光器價(jià)錢便宜很多，約為紫外激光器的10%至20% ;這樣，大大節(jié)省了生產(chǎn)加工成本，使得大規(guī)模生產(chǎn)線成為可能。如圖4所示，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例是，一種采用MOPA光纖激光器的加工方法，其包括以下步驟:采用MOPA光纖激光器輸出窄脈寬激光到被加工材料。例如，通過(guò)激光軟件控制MOPA光纖激光器，輸出窄脈寬激光到被加工材料。優(yōu)選的，所述窄脈寬為Ins^lOns的脈沖寬度,例如,所述窄脈寬為2ns、3 ns、4 ns、5ns或者8ns等；這樣，當(dāng)激光與材料作用時(shí)間減低至IniTlOns時(shí)，既可以達(dá)到加工金屬目的，完成預(yù)想要效果，又不會(huì)剩余過(guò)多激光能量，從而有效控制熱效應(yīng)影響，讓金屬板材只發(fā)生輕微、甚至沒(méi)有物理彎曲形變。這樣，激光與材料作用時(shí)間(即脈沖寬度)控制在廣1ns ;更理想的，所述窄脈寬為小于Ins的脈沖寬度，例如，皮秒級(jí)的脈沖寬度；優(yōu)選的，輸出窄脈寬激光時(shí)，激光光點(diǎn)排列有序且不重復(fù)，彼此間隙為預(yù)設(shè)間距，其中，該預(yù)設(shè)間距不宜過(guò)大；優(yōu)選的，所述預(yù)設(shè)間距為正焦處光斑的直徑的I至1.5倍；優(yōu)選的，所述預(yù)設(shè)間距為正焦處光斑的直徑的1.05至1.12倍；優(yōu)選的，輸出窄脈寬激光時(shí)，激光能量能達(dá)到一定峰值功率，例如，峰值功率為10kW至2麗等。
[0025]優(yōu)選的，輸出窄脈寬激光到被加工材料時(shí)，采用短時(shí)間加工方式。例如，輸出窄脈寬激光到被加工材料時(shí)，減小激光與材料作用時(shí)間，配合預(yù)設(shè)聚焦鏡和對(duì)應(yīng)的激光脈沖頻率、振鏡掃描速度以及圖案填充密度，使得激光作用光點(diǎn)能緊密排列而不重疊，作用于被加工材料。例如，輸出窄脈寬激光到被加工材料時(shí)，計(jì)算激光光束通過(guò)聚焦鏡時(shí)光點(diǎn)大小，再配合激光脈沖頻率以推算出合適的掃描速度和填充密度。又如，利用較窄的脈沖寬度，如Ins至10ns，減小激光與材料作用時(shí)間，配合合適的聚焦鏡和對(duì)應(yīng)的激光脈沖頻率以及振鏡掃描速度和圖案填充密度，使得激光作用光點(diǎn)能緊密排列而不重疊，可有效進(jìn)行金屬表面處理而不使材料發(fā)生物理形變。例如，運(yùn)用本辦法進(jìn)行激光加工作業(yè)時(shí)，首先計(jì)算激光光束通過(guò)聚焦鏡時(shí)光點(diǎn)大小，再配合激光脈沖頻率以推算出合適的掃描速度和填充密度；然后采用1064nm的激光進(jìn)行加工處理。
[0026]優(yōu)選的，MOPA光纖激光器的激光束經(jīng)過(guò)聚焦鏡匯聚后，輸出的窄脈寬激光，在正焦處光斑大小為50微米±10微米；例如，在正焦處光斑大小為42微米、47微米、50微米、52微米、55微米或者58微米等。優(yōu)選的，所述激光的每行掃描間隔距離為0.05毫米±0.01暈米;例如，每行掃描間隔距尚為0.043暈米、0.045暈米、0.048暈米、0.050暈米、0.051暈米、0.054毫米或者0.059毫米等。優(yōu)選的，所述激光的掃描速度為5000毫米每秒±500毫米每秒；例如，掃描速度為4500毫米每秒、4700毫米每秒、4900毫米每秒、5000毫米每秒、5100毫米每秒、5300毫米每秒或者5500毫米每秒等。優(yōu)選的，所述激光的單脈沖能量為0.2毫焦±0.05毫焦；例如，單脈沖能量為0.16毫焦、0.19毫焦、0.20毫焦、0.22毫焦、0.24毫焦或者0.25毫焦等。
[0027]優(yōu)選的，所述激光的波長(zhǎng)為1064nm。例如，在控制激光軟件中可以設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，如采用窄脈寬低頻低速。優(yōu)選的，所述窄脈寬為IniTlOns的脈沖寬度；優(yōu)選的，所述激光的頻率為10kHz±lkHz。優(yōu)選的，所述激光的速度為所述激光的掃描速度為100毫米每秒±10毫米每秒。這樣，一個(gè)應(yīng)用的例子是，對(duì)IPhone 5C后殼可以直接在焦點(diǎn)上加工，不會(huì)導(dǎo)致塑料殼發(fā)生變形，還可以用于IPhone6后殼加工、Ipad系列的后殼加工、小米系列的后殼加工、Thinkpad系列后殼加工、三星Galaxy系列和Note系列的后殼加工等，應(yīng)用范圍非常廣泛。
[0028]例如，由于大部分光纖激光器光波長(zhǎng)大部分都是紅外光，以1064nm居多，它對(duì)大部分材料的作用都有熱效應(yīng)的影響，特別是一些熱敏感型的塑料；例如，IPhone 5C后殼材料就是一種熱比較敏感的一種塑料。但是MOPA光纖激光器可變性比較強(qiáng)，它可以改變自身的一些參數(shù)盡量去避免一些不好的影響。如對(duì)IPhone 5C的標(biāo)刻使用窄脈寬低頻率低速度的參數(shù)就會(huì)相應(yīng)的降低熱效應(yīng)的影響，比如使用參數(shù)10118、101^與100臟/8。這樣，就能夠應(yīng)用于熱敏感的塑料、金屬等材料的激光加工。
[0029]下面繼續(xù)給出實(shí)際應(yīng)用的一個(gè)具體例子，作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0030]硬件設(shè)備:電腦、光纖激光器LMC打標(biāo)卡、打標(biāo)操作臺(tái)(包含垂直升降臺(tái)、1064nm波長(zhǎng)激光適用振鏡、20W可調(diào)脈沖寬度(f 1ns)光纖激光器；軟件設(shè)備:可調(diào)脈寬程序軟件
2.6.4以上版本。
[0031]如圖2與圖3所示，打開(kāi)電腦軟件后，對(duì)光纖激光器做相關(guān)設(shè)置，使光纖激光器能正常出光并控制。通過(guò)計(jì)算，激光束經(jīng)過(guò)聚焦鏡匯聚后，在正焦處假設(shè)光斑大小為50微米，當(dāng)激光器脈沖頻率設(shè)置為100千赫茲(kHz)時(shí)候，那么對(duì)應(yīng)掃描速度則應(yīng)為5000毫米每秒，且每行掃描間隔距離為0.05毫米，即填充密度為0.05毫米。
[0032]例如，如圖1所示，激光器功率為20W，將激光脈沖寬度設(shè)置為1ns時(shí)候，對(duì)應(yīng)的單脈沖能量為0.2毫焦(mj)，激光器脈沖頻率設(shè)置為100千赫茲，掃描速度為5000毫米每秒，且每行掃描間隔距離為0.05毫米；此時(shí)的激光能量足以氣化涂層物質(zhì)，而且在氣化掉涂層物質(zhì)后，剩余的激光能量很小，不會(huì)再對(duì)基材物質(zhì)產(chǎn)生作用，轉(zhuǎn)化為少量的熱散發(fā)出去，從而達(dá)到加工目的，又不使金屬基材發(fā)生彎曲變形。
[0033]又如，為提升峰值功率，MOPA光纖激光器的種子源通過(guò)一光纖布拉格光柵輸出窄脈寬激光，所述光纖布拉格光柵的中心波長(zhǎng)為1056nm,半高寬為4nm,這樣,可以通過(guò)光柵來(lái)改善種子源輸出以提高SBS (Stimulated Brillouin Scattering,受激布里淵散射)閾值，在確保不大幅增加成本的前提下使激光器能在更高的峰值功率或脈沖能量下工作，輸出窄脈寬高峰值功率的激光，配合種子源，還解決了如何設(shè)計(jì)實(shí)用性強(qiáng)的種子源的輸出峰與光纖布拉格光柵的反射峰的技術(shù)問(wèn)題。其中，光纖布拉格光柵傳感器的結(jié)構(gòu)原理說(shuō)明如下，例如，光纖布拉格光柵的結(jié)構(gòu)是利用紫外激光在光纖纖芯上刻寫(xiě)一段光柵，當(dāng)光源發(fā)出的連續(xù)寬帶光通過(guò)傳輸光纖射入時(shí)，在光柵處有選擇的反射回一個(gè)窄帶光，其余寬帶光繼續(xù)透射過(guò)去，在下一個(gè)具有不同中心波長(zhǎng)的光柵處進(jìn)行反射，多個(gè)光柵陣列形成光纖布拉格光柵(FBG)。各FBG反射光的中心波長(zhǎng)為λ，λ =2η Λ，式中，η為纖芯的有效折射率，Λ為纖芯折射率的調(diào)制周期。光纖布拉格光柵屬于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)在于設(shè)置中心波長(zhǎng)為1056nm、半高寬(FWHM)為4nm的光纖布拉格光柵，以及將其應(yīng)用于光纖激光器的種子源的輸出中。又如，所述光纖布拉格光柵沿光纖纖芯折射率周期性調(diào)制，所述調(diào)制是本來(lái)沿光纖軸線均勻分布的折射率產(chǎn)生大小起伏的變化。
[0034]由于熱脹冷縮作用，所述光纖布拉格光柵的反射率受環(huán)境溫度影響很大，尤其是冬天，為了解決溫度問(wèn)題以保證一定的反射率范圍，以及如何通過(guò)加熱調(diào)節(jié)光纖布拉格光柵的反射率的技術(shù)問(wèn)題，例如，光纖布拉格光柵上設(shè)置加熱器，這樣，可以在各種環(huán)境下，基本保證有一致的反射率。優(yōu)選的，所述光纖布拉格光柵上設(shè)置加熱器，用于調(diào)節(jié)其反射率為
5.7%至6.3% ;優(yōu)選的，所述光纖布拉格光柵上設(shè)置加熱器，用于調(diào)節(jié)其反射率為6%±0.1% ；優(yōu)選的，所述光纖布拉格光柵上設(shè)置加熱器，用于調(diào)節(jié)其反射率為6% ;這樣，低反射率有助于實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例的技術(shù)效果。
[0035]為了解決如何設(shè)計(jì)加熱結(jié)構(gòu)的技術(shù)問(wèn)題，又如，所述光纖布拉格光柵外部套置所述加熱器；所述加熱器的連接線路用于連接到種子源的控制線路。例如，所述光纖布拉格光柵上設(shè)置環(huán)繞形狀的加熱器；為了解決如何更好地實(shí)現(xiàn)熱傳導(dǎo)的技術(shù)問(wèn)題，優(yōu)選的，所述加熱器包括傳熱套，以及設(shè)置于所述傳熱套內(nèi)部的螺旋形電阻絲；為了解決如何設(shè)置傳熱套的技術(shù)問(wèn)題，優(yōu)選的，所述傳熱套為筒形，這樣可以較好地套置在所述光纖布拉格光柵外部。為了解決如何便于安裝傳熱套的技術(shù)問(wèn)題，優(yōu)選的，所述傳熱套兩端部用于粘性套置在所述光纖布拉格光柵外部，例如，采用膠布將所述傳熱套兩端部粘性套置在所述光纖布拉格光柵外部，這樣，現(xiàn)場(chǎng)加工比較方便。優(yōu)選的，所述傳熱套具有彎月形截面，這樣，有利于其與光纖布拉格光柵的接觸，從而增強(qiáng)熱傳導(dǎo)的技術(shù)效果。為了解決如何便于安裝傳熱套的技術(shù)問(wèn)題，優(yōu)選的，所述傳熱套具有第一連接部與第二連接部，第一連接部與第二連接部插接，使用簡(jiǎn)便快捷。
[0036]為了解決如何實(shí)現(xiàn)恒溫加熱的技術(shù)問(wèn)題，優(yōu)選的，所述螺旋形電阻絲的螺距為所述光纖布拉格光柵中各光柵段的間距，這樣，有利于均勻加熱以保持各段光柵的反射率，并且在單位面積上加熱的效果易于控制。
[0037]為了解決如何采用螺旋形電阻絲來(lái)加熱以及如何更好地實(shí)現(xiàn)溫度控制的技術(shù)問(wèn)題，例如，所述加熱器包括傳熱套，以及設(shè)置于所述傳熱套內(nèi)部的螺旋形電阻絲及其控制電路；所述控制電路連接所述連接線路，用于按預(yù)設(shè)時(shí)間周期連通所述連接線路，使所述傳熱套保持預(yù)設(shè)溫度。本發(fā)明通過(guò)對(duì)傳熱套內(nèi)部的螺旋形電阻絲設(shè)置一現(xiàn)有技術(shù)的控制電路，使其按預(yù)設(shè)時(shí)間周期連通所述連接線路，使所述傳熱套保持預(yù)設(shè)溫度。為了解決如何實(shí)現(xiàn)恒溫加熱的技術(shù)問(wèn)題，優(yōu)選的，所述控制電路設(shè)置時(shí)間周期存儲(chǔ)器，其存儲(chǔ)所述預(yù)設(shè)時(shí)間周期為前短后長(zhǎng)的漸變時(shí)間周期，用于調(diào)節(jié)所述光纖布拉格光柵的反射率為6%。例如，時(shí)間周期存儲(chǔ)器包括微處理器、脈寬調(diào)控器以及存儲(chǔ)器，微處理器分別連接控制電路、脈寬調(diào)控器與非易失性存儲(chǔ)器，脈寬調(diào)控器連接非易失性存儲(chǔ)器，在微處理器控制下生成前短后長(zhǎng)的漸變時(shí)間周期，由微處理器輸出前短后長(zhǎng)的漸變時(shí)間周期到控制電路。
[0038]又如，MOPA光纖激光器中，其種子源包括調(diào)節(jié)器與輸出端；所述調(diào)節(jié)器用于調(diào)節(jié)所述種子源的輸出峰在1064nm左右，例如，調(diào)節(jié)所述種子源的輸出峰在1064nm左右的一個(gè)最佳值，與光柵反射譜峰值錯(cuò)開(kāi)，又如，所述調(diào)節(jié)器用于調(diào)節(jié)所述種子源的輸出峰為1064nm,并通過(guò)所述輸出端輸出；所述輸出端內(nèi)部設(shè)置任一上述光纖布拉格光柵。其中，種子源已經(jīng)在光纖激光器廣泛應(yīng)用，其基本結(jié)構(gòu)不再贅述。
[0039]例如，光柵中心波長(zhǎng)1056nm，反射率6%，半高寬4nm，調(diào)節(jié)種子源輸出峰至1064nm左右，與光柵反射峰錯(cuò)開(kāi)。為了解決如何避免光柵反射峰對(duì)種子源輸出峰所造成的影響，設(shè)置光柵中心波長(zhǎng)為1056nm,即光柵反射峰為1056nm,又如,種子源輸出峰為1064nm,兩者錯(cuò)開(kāi)，使得光纖激光器能夠工作在更高的峰值功率下。這樣，通過(guò)光柵來(lái)改善種子源輸出以提高SBS閾值，在確保不大幅增加成本的前提下使激光器能在更高的峰值功率或脈沖能量下工作，并且有效設(shè)計(jì)了實(shí)用性強(qiáng)的種子源的輸出峰與光纖布拉格光柵的反射峰，可以較明顯地提高SBS閾值，使得光纖激光器能夠工作在更高的峰值功率下。采用上述實(shí)施例，在試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行了多次測(cè)試，均能有效提高了 SBS閾值，使出線SBS的最大脈沖能量提高了約10%甚至更高。
[0040]優(yōu)選的，采用MOPA光纖激光器輸出皮秒級(jí)的窄脈寬激光到被加工材料。例如，MOPA光纖激光器的種子源輸出皮秒級(jí)窄脈寬的脈沖，種子源包括泵浦激光器以及激光腔；所述激光腔包括全保偏器件及保偏光纖；采用全保偏器件及保偏光纖，有助于實(shí)現(xiàn)SESAM(semiconductor saturable absorber mirror,半導(dǎo)體可飽和吸收鏡)鎖模技術(shù)，從而產(chǎn)生皮秒種子源；此時(shí)，所述激光腔中還設(shè)置一半導(dǎo)體可飽和吸收體，所述半導(dǎo)體可飽和吸收體內(nèi)置一反射鏡。例如，半導(dǎo)體可飽和吸收鏡包括反射鏡與半導(dǎo)體可飽和吸收鏡，其底層為半導(dǎo)體反射鏡，其上生長(zhǎng)設(shè)置一層半導(dǎo)體可飽和吸收體薄膜，最上層生長(zhǎng)一層反射鏡或直接利用半導(dǎo)體與空氣的界面作為反射鏡，這樣上下兩個(gè)反射鏡就形成了一個(gè)法布里-珀羅腔，通過(guò)改變吸收體的厚度以及兩反射鏡的反射率，可以調(diào)節(jié)吸收體的調(diào)制深度和反射鏡的帶寬。一般來(lái)說(shuō)半導(dǎo)體的吸收有兩個(gè)特征弛豫時(shí)間，帶內(nèi)熱平衡(intrabandthermal izat 1n)弛豫時(shí)間和帶間躍遷(interband transit 1n)弛豫時(shí)間。帶內(nèi)熱平衡弛豫時(shí)間很短，在100-200 fs (飛秒)左右，而帶間躍遷弛豫時(shí)間則相對(duì)較長(zhǎng)，從幾ps (皮秒)到幾百ps。帶內(nèi)熱平衡弛豫時(shí)間基本上無(wú)法控制，而帶間躍遷弛豫時(shí)間主要取決于半導(dǎo)體生長(zhǎng)時(shí)襯底的溫度，生長(zhǎng)時(shí)的溫度越低，帶間躍遷弛豫時(shí)間越短。在SESAM鎖模過(guò)程中，響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)的帶間躍遷(如載流子重組)提供了鎖模的自啟動(dòng)機(jī)制，而響應(yīng)時(shí)間很短的帶內(nèi)熱平衡可以有效壓縮脈寬、維持鎖模。這樣，采用SESAM鎖模技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)皮秒級(jí)的種子源。
[0041]例如，一種光纖激光器的種子源，其包括泵浦激光器以及激光腔，所述激光腔包括順序首尾通過(guò)保偏光纖連接的波分復(fù)用器、帶寬濾波器以及光纖耦合器；優(yōu)選的，所述波分復(fù)用器與所述帶寬濾波器之間設(shè)置一增益光纖，例如，采用保偏光纖生產(chǎn)的光器件及其與波分復(fù)用器、帶寬濾波器以及光纖耦合器的連接等，或者波分復(fù)用器、帶寬濾波器以及光纖耦合器等，均為PM(保偏)器件，又如，采用保偏連接器連接保偏光纖與各保偏器件；優(yōu)選的，所述增益光纖為摻鐿光纖。所述泵浦激光器連接所述波分復(fù)用器；所述光纖耦合器還連接一半導(dǎo)體可飽和吸收體，所述半導(dǎo)體可飽和吸收體內(nèi)置一反射鏡；所述光纖耦合器的一輸出端用作所述種子源的脈沖輸出端。優(yōu)選的，所述光纖為摻鐿光纖。并且，所述光纖為保偏光纖。又如，種子源的光路中包括976nm Pumping LD (976nm泵浦激光器)、WDM (波分復(fù)用器)、YDF (摻鐿光纖)、BPF (帶寬濾波器)、0C (光纖耦合器)、SESAM (半導(dǎo)體可飽和吸收鏡)。例如，所述波分復(fù)用器與所述帶寬濾波器之間設(shè)置摻鐿光纖。優(yōu)選的，所述激光腔中的泵浦激光器為單模泵浦激光器。優(yōu)選的，所述單模泵浦激光器的中心波長(zhǎng)為976nm，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，單模泵浦激光器的中心波長(zhǎng)為976nm時(shí),吸收效率最高。優(yōu)選的，所述光纖稱合器的輸出脈沖的中心波長(zhǎng)為1064nm。為了確保光路的單向性，優(yōu)選的，所述激光腔還包括一環(huán)行器(Circulator)，其設(shè)置于所述光纖耦合器與所述波分復(fù)用器之間；所述半導(dǎo)體可飽和吸收體通過(guò)所述環(huán)行器連接所述光纖耦合器，需要注意的是，此實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體可飽和吸收體不是直接連接光纖耦合器，而是通過(guò)環(huán)行器連接光纖耦合器。優(yōu)選的，所述環(huán)行器為微帶式、波導(dǎo)式、帶狀線或同軸式環(huán)行器，其相對(duì)頻寬小于15%。
[0042]又如，采用MOPA光纖激光器輸出窄脈寬激光到被加工材料時(shí)，該MOPA光纖激光器的種子源，其包括泵浦激光器以及激光腔，所述激光腔包括順序首尾通過(guò)保偏光纖連接的波分復(fù)用器、帶寬濾波器、光纖耦合器以及環(huán)行器；例如，環(huán)行器為三端口器件。其中，所述泵浦激光器連接所述波分復(fù)用器；所述環(huán)行器還連接一半導(dǎo)體可飽和吸收體，所述半導(dǎo)體可飽和吸收體內(nèi)置一反射鏡；所述光纖耦合器的一輸出端用作所述種子源的脈沖輸出端；這樣，所述半導(dǎo)體可飽和吸收體通過(guò)所述環(huán)行器連接所述光纖耦合器。
[0043]例如，采用MOPA光纖激光器輸出窄脈寬激光到被加工材料時(shí)，該MOPA光纖激光器包括順序連接的任一上述種子源、第一級(jí)放大裝置、第二級(jí)放大裝置、第三級(jí)放大裝置以及隔離輸出裝置。例如，光纖激光器，包括SESAM鎖模的皮秒級(jí)種子源，Isolator (隔離器)，Single Mode Pump (單模泵浦激光器)，Pump (泵浦激光器)，PC (泵浦合束器)，Yb-SCF (摻鐿單模光纖)，Yb-DCF (摻鐿雙包層光纖)，ASE Filter (放大自發(fā)輻射濾波器)等。
[0044]優(yōu)選的，所述第一級(jí)放大裝置、所述第二級(jí)放大裝置、所述第三級(jí)放大裝置中均設(shè)置摻鐿光纖。優(yōu)選的，所述第一級(jí)放大裝置、所述第二級(jí)放大裝置、所述第三級(jí)放大裝置中的各光纖的纖芯直徑依次增大。優(yōu)選的，所述第三級(jí)放大裝置中的光纖的纖芯直徑與所述第二級(jí)放大裝置中的光纖的纖芯直徑的比例，大于所述第二級(jí)放大裝置中的光纖的纖芯直徑與所述第一級(jí)放大裝置中的光纖的纖芯直徑的比例。例如，第三級(jí)放大裝置中的光纖的纖芯直徑為12微米，第二級(jí)放大裝置中的光纖的纖芯直徑為6微米，第一級(jí)放大裝置中的光纖的纖芯直徑為4微米；所述第三級(jí)放大裝置中的光纖的纖芯直徑與所述第二級(jí)放大裝置中的光纖的纖芯直徑的比例為2 ;所述第二級(jí)放大裝置中的光纖的纖芯直徑與所述第一級(jí)放大裝置中的光纖的纖芯直徑的比例為1.5，前者大于后者，這樣有利于獲得一個(gè)較大的峰值功率。優(yōu)選的，所述第一級(jí)放大裝置設(shè)置單模泵浦激光器。
[0045]又如，采用MOPA光纖激光器輸出窄脈寬激光到被加工材料時(shí)，該MOPA光纖激光器包括順序連接的任一上述種子源、第一級(jí)放大裝置、第二級(jí)放大裝置、第三級(jí)放大裝置以及隔離輸出裝置；其中，所述第一級(jí)放大裝置設(shè)置單模泵浦激光器，以及順序連接的隔離器、泵浦合束器、摻鐿單包層光纖；所述單模泵浦激光器連接所述泵浦合束器的一輸入端；所述種子源通過(guò)所述隔離器連接所述泵浦合束器的另一輸入端；所述摻鐿單包層光纖連接所述第二級(jí)放大裝置；所述第二級(jí)放大裝置設(shè)置一泵浦激光器，以及順序連接的隔離器、ASE(放大自發(fā)輻射)濾波器、摻鐿雙包層光纖、泵浦合束器；所述泵浦激光器連接所述泵浦合束器的一輸入端；所述泵浦合束器的輸出端連接所述第三級(jí)放大裝置；并且，所述第三級(jí)放大裝置也設(shè)置一泵浦激光器，以及順序連接的隔離器、ASE濾波器、摻鐿雙包層光纖、泵浦合束器；所述泵浦激光器連接所述泵浦合束器的一輸入端；所述泵浦合束器的輸出端連接所述隔離輸出裝置。優(yōu)選的，所述第一級(jí)放大裝置設(shè)置第一泵浦激光器，以及順序連接的第一隔離器、第一泵浦合束器、摻鐿單包層光纖；所述第一泵浦激光器連接所述第一泵浦合束器的一輸入端；所述種子源通過(guò)所述第一隔離器連接所述第一泵浦合束器的另一輸入端；所述摻鐿單包層光纖連接所述第二級(jí)放大裝置。優(yōu)選的，所述第二級(jí)放大裝置設(shè)置第二泵浦激光器，以及順序連接的二隔離器、第一放大自發(fā)輻射濾波器、第一摻鐿雙包層光纖、第二泵浦合束器；所述第二泵浦激光器連接所述第二泵浦合束器的一輸入端；所述第二泵浦合束器的輸出端連接所述第三級(jí)放大裝置。優(yōu)選的，所述第三級(jí)放大裝置設(shè)置第三泵浦激光器，以及順序連接的第三隔離器、第二放大自發(fā)輻射濾波器、第二摻鐿雙包層光纖、第三泵浦合束器；所述第三泵浦激光器連接所述第三泵浦合束器的一輸入端；所述第三泵浦合束器的輸出端連接所述第三級(jí)放大裝置。優(yōu)選的，所述摻鐿單包層光纖、所述第一摻鐿雙包層光纖、所述第二摻鐿雙包層光纖的纖芯的直徑依次增大。
[0046]又如，采用MOPA光纖激光器輸出窄脈寬激光到被加工材料時(shí)，該MOPA光纖激光器包括順序連接的任一上述種子源、第一級(jí)放大裝置、第二級(jí)放大裝置、第三級(jí)放大裝置以及隔離輸出裝置；其中，所述第一級(jí)放大裝置設(shè)置第一泵浦激光器，以及順序連接的第一隔離器、第一泵浦合束器、摻鐿單包層光纖；所述第一泵浦激光器連接所述第一泵浦合束器的一輸入端；所述種子源通過(guò)所述第一隔離器連接所述第一泵浦合束器的另一輸入端；所述摻鐿單包層光纖連接所述第二級(jí)放大裝置；所述第二級(jí)放大裝置設(shè)置第二泵浦激光器，以及順序連接的第二隔離器、第一放大自發(fā)輻射濾波器、第一摻鐿雙包層光纖、第二泵浦合束器；所述第二泵浦激光器連接所述第二泵浦合束器的一輸入端；所述第二泵浦合束器的輸出端連接所述第三級(jí)放大裝置；并且，所述第三級(jí)放大裝置設(shè)置第三泵浦激光器，以及順序連接的第三隔離器、第二放大自發(fā)輻射濾波器、第二摻鐿雙包層光纖、第三泵浦合束器；所述第三泵浦激光器連接所述第三泵浦合束器的一輸入端；所述第三泵浦合束器的輸出端連接所述隔離輸出裝置。
[0047]這樣，從SESAM鎖模產(chǎn)生的皮秒脈沖通過(guò)三級(jí)放大，脈沖能量由小到大。在最終輸出端達(dá)到至少10KW以上的峰值，從而實(shí)現(xiàn)高功率輸出；其中，三級(jí)放大中的光纖纖芯的直徑是逐步增大，具體大小可以基于不同的光纖供應(yīng)商進(jìn)行選擇。從而達(dá)到較高的峰值功率。例如，第一級(jí)采用5um芯徑光纖，第二級(jí)采用7um，第三級(jí)采用30um。此時(shí)對(duì)應(yīng)的峰值功率為第一級(jí)達(dá)到1W以上，第二級(jí)IKW以上，第三級(jí)100KW以上?，F(xiàn)有技術(shù)采用非全光纖結(jié)構(gòu)，比如說(shuō)第三級(jí)放大采用的是PCF晶體光纖；或者其鎖模元器件不是采用SESAM，因此在工業(yè)應(yīng)用上的穩(wěn)定性要求很難滿足生產(chǎn)的要求。
[0048]這樣，在輸出皮秒級(jí)的窄脈寬激光時(shí)，與現(xiàn)有技術(shù)的DPSS激光器相比，具有低能耗，無(wú)需預(yù)熱，免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，與其他鎖模光纖激光器相比，具有高峰值功率，穩(wěn)定性高，可用來(lái)進(jìn)行工業(yè)加工。與采用其他方式相比，例如碳納米管或是MoS2等，SESAM具有該可飽和吸收體的性能穩(wěn)定，可以商業(yè)化批量采購(gòu)，在技術(shù)的批量實(shí)現(xiàn)上沒(méi)有障礙，市場(chǎng)前景很好。
[0049]又如，所述第一級(jí)放大裝置以及所述第二級(jí)放大裝置之間，和/或，所述第二級(jí)放大裝置以及所述第三級(jí)放大裝置之間，還設(shè)置波分復(fù)用(Wavelength Divis1nMultiplexing, WDM)裝置；所述波分復(fù)用裝置的輸入端還連接一激光二極管,用于輸出預(yù)設(shè)波長(zhǎng)激光。例如，采用640nm LD輸出波長(zhǎng)為640nm的可見(jiàn)引導(dǎo)激光，LD就是所謂的激光二極管，在半導(dǎo)體激光器中起泵浦作用的。同時(shí)它也是一種激光器可發(fā)出激光。這樣，在MOPA型激光器中，第一級(jí)放大裝置與第二級(jí)放大裝置之間，和/或，所述第二級(jí)放大裝置以及所述第三級(jí)放大裝置之間，設(shè)置一波分復(fù)用及輸出引導(dǎo)激光的激光二極管。優(yōu)選的，各級(jí)放大裝置之間的光纖采用單模光纖熔接設(shè)置所述波分復(fù)用裝置；這樣，在此熔接加入WDM，WDM對(duì)原光路幾乎不會(huì)增加插損，經(jīng)測(cè)試損耗低于0.3dB,并可以使得640nm的紅光在此耦合進(jìn)入光路，解決了紅外光光纖系統(tǒng)中引入可見(jiàn)紅光的問(wèn)題。優(yōu)選的，考慮到光路最后的輸出隔離器對(duì)紅光會(huì)產(chǎn)生很大損耗，因此應(yīng)對(duì)其作針對(duì)性改良，例如，在隔離器內(nèi)部增加鍍膜層，使其對(duì)640nm增透，降低紅光插損。所述激光二極管輸出預(yù)設(shè)波長(zhǎng)激光，其中，所述預(yù)設(shè)波長(zhǎng)激光為可見(jiàn)波長(zhǎng)范圍的激光，即可見(jiàn)激光。優(yōu)選的，所述激光二極管用于輸出640nm激光?；蛘?，根據(jù)實(shí)際情況，所述激光二極管包括各種類型的激光二極管，輸出預(yù)設(shè)波長(zhǎng)激光。優(yōu)選的，各級(jí)放大裝置中的隔離器內(nèi)部設(shè)置640nm增透膜層。例如，所述第二級(jí)放大裝置和/或所述第三級(jí)放大裝置中的隔離器內(nèi)部設(shè)置640nm增透膜層。優(yōu)選的，所述增透膜層鍍膜設(shè)置。例如，所述增透膜層為鍍膜層。這樣，在光路中設(shè)置WDM作為耦合進(jìn)紅光的位置并利用WDM進(jìn)行紅光耦合，還在最終隔離器進(jìn)行改良，大大降低了引導(dǎo)紅光的損耗，采用本發(fā)明各實(shí)施例，不用單獨(dú)作紅光光路校準(zhǔn)，可以與原光路同軸；不影響原光路輸出的功率；并且，現(xiàn)有技術(shù)在激光輸出外加入引導(dǎo)紅光時(shí)，會(huì)造成原光路約10%的損耗，而用本發(fā)明各實(shí)施例則基本上沒(méi)有這個(gè)損耗。通過(guò)采用SESAM作為皮秒脈沖種子源，通過(guò)三級(jí)放大做出的高功率全光纖脈沖激光器，功率高，脈寬窄，可以到幾十皮秒，例如20皮秒或30皮秒等。
[0050]進(jìn)一步地，本發(fā)明的實(shí)施例還包括，上述各實(shí)施例的各技術(shù)特征，相互組合形成的采用MOPA光纖激光器的加工方法，這樣，采用本發(fā)明各實(shí)施例所述方法可有效減輕彎曲變形現(xiàn)象，在加工材料時(shí)，不會(huì)使被加工物質(zhì)發(fā)生物理彎曲形變，適用于金屬片，例如手機(jī)中基板、平板等數(shù)碼產(chǎn)品金屬外殼；還適用于塑料片或者塑料殼體。
[0051]需要說(shuō)明的是，上述各技術(shù)特征繼續(xù)相互組合，形成未在上面列舉的各種實(shí)施例，均視為本發(fā)明說(shuō)明書(shū)記載的范圍；并且，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)上述說(shuō)明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種采用MOPA光纖激光器的加工方法，其特征在于，包括以下步驟: 采用MOPA光纖激光器輸出窄脈寬激光到被加工材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述加工方法，其特征在于，通過(guò)激光軟件控制MOPA光纖激光器，輸出窄脈寬激光到被加工材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述加工方法，其特征在于，所述窄脈寬為IniTlOns的脈沖寬度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述加工方法，其特征在于，MOPA光纖激光器的激光束經(jīng)過(guò)聚焦鏡匯聚后，輸出的窄脈寬激光，在正焦處光斑大小為50微米±10微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述加工方法，其特征在于，所述激光的每行掃描間隔距離為0.05暈米±0.01暈米。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述加工方法，其特征在于，所述激光的掃描速度為5000毫米每秒±500暈米每秒。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述加工方法，其特征在于，所述激光的單脈沖能量為0.2毫焦±0.05暈焦。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述加工方法，其特征在于，所述激光的波長(zhǎng)為1064nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述加工方法，其特征在于，所述激光的頻率為10kHz±lkHz。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述加工方法，其特征在于，所述激光的速度為所述激光的掃描速度為100毫米每秒±10毫米每秒。
【文檔編號(hào)】B23K26/00GK104191087SQ201410499503
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】曾海東, 賀亞龍 申請(qǐng)人:深圳市杰普特電子技術(shù)有限公司