本期我們(men) 將從(cong) 理論概念擴展到實際加工應用，介紹超快激光微加工中兩(liang) 個(ge) 重要的功能 - Burst Mode和PSO，它們(men) 間接影響著超快激光的加工質量和產(chan) 能。

單詞解釋：

（1）Burst Mode：在激光行業(ye) 裏，通常簡稱“脈衝(chong) 串”模式

（2）PSO：position synchronized output, 位置同步輸出

超快激光的基本原理

小編首先和大家簡單回顧一下超快激光器的基本原理結構，以便更好地理解Burst Mode和PSO的功能作用。根據超快激光放大技術原理不同，目前市場上的超快激光器主要包括碟片式、光纖式、固體(ti) 式以及光纖-固體(ti) 混合式（種子源采用光纖激光器，放大器部分采用固體(ti) 放大）四種類型。大多數超快激光器的基本結構都是類似的，主要由種子源、脈衝(chong) 選擇器、放大器和 AOM 四大部分組成。飛秒超快激光器的結構上會(hui) 稍微複雜一些，在種子源和脈衝(chong) 選擇器之間增加一個(ge) 展寬器，並在放大器之後增加一個(ge) 壓縮器。

如圖1所示，超快激光器的種子源通常采用20-80MHz的高重複頻率皮秒光源，先經過脈衝(chong) 選擇器來降低種子源輸出頻率，在功率放大之前會(hui) 綜合考慮脈衝(chong) 放大的目標能量、係統設計的最大泵浦功率以及散熱管理等因素，通常將重頻頻率降低在5MHz以下，篩選後的種子源經過放大器後功率/能量得到放大提升，最後再經過AOM，可以進一步控製激光的輸出功率及重複頻率，並且借助外部促發信號可以實現單觸發輸出。

圖1. 超快激光器的基本原理結構示意圖

超快激光的Burst Mode功能

Burst Mode的產(chan) 生是通過受控光開關(guan) 選擇與(yu) 種子源重複頻率相同的多個(ge) 高頻子脈衝(chong) ，組成一個(ge) 脈衝(chong) 串輸出。圖2列舉(ju) 了脈衝(chong) 串包絡中的子脈衝(chong) 數量為(wei) 2至5時的輸出形式，其特點是多個(ge) 間隔數十納秒的子脈衝(chong) 組成一簇，並且脈衝(chong) 串包絡中相鄰脈衝(chong) 的時間間隔由種子源的重複頻率所決(jue) 定，比如種子源的重複頻率為(wei) 20MHz，則脈衝(chong) 串內(nei) 部的脈衝(chong) 間隔為(wei) 1/20 MHz = 50 ns。這種脈衝(chong) 的重新排列組合可通過脈衝(chong) 選擇器來實現完成。另外，在某些產(chan) 品設計中，還會(hui) 增加對脈衝(chong) 串包絡中各個(ge) 子脈衝(chong) 的能量強度的調節功能。

Burst Mode的獨特優(you) 勢是不僅(jin) 可以調諧脈衝(chong) 串包絡中的子脈衝(chong) 數量以及脈衝(chong) 串的時間間隔，而且同時能夠保持超快激光的最大輸出功率。比如，在5MHz，50W的超快激光器係統中，由於(yu) 材料加工工藝的要求，需要在較低的重複頻率（500kHz）下工作，否則會(hui) 由於(yu) 重複頻率過高引起熱積累效應（可參考諾派《激光小學堂》第二期），在這種情況下，直接降頻將導致超快激光的加工效率大大降低。利用Burst mode功能，可以在重複頻率降為(wei) 500kHz的同時，把脈衝(chong) 串的子脈衝(chong) 數量設定為(wei) 10，其總的輸出功率仍是50W，這樣既能保證超快激光微加工的質量，同時又能提高加工產(chan) 能。

圖2. 超快激光器不同脈衝(chong) 串包絡中子脈衝(chong) 數量示意圖（n = 2 ~ 5）

超快激光的PSO功能

目前很多的超快激光微加工應用都包含了圓角、曲線等運動軌跡，比如說全麵屏切割，對於(yu) 此類軌跡，通常直線部分的切割速度更快，在圓角部分會(hui) 緩慢移動。如果以固定頻率發射激光脈衝(chong) ，工藝將因軌跡上的不同速度而高度變化，並且在更低運動速度段因更高脈衝(chong) 重疊而發生不必要的“老化”（如圖3a）。為(wei) 保證這種快速變速軌跡的加工質量，工業(ye) 超快激光係統需要將加工平台的運動與(yu) 觸發激光或數據采集設備的輸出協調起來，從(cong) 而實現高速、高質量的運動控製。

PSO的主要功能：通過采集實時的編碼器反饋進行位置比較，與(yu) 激光器同步輸出信號進行相位同步，在運動軌跡的所有階段以恒定的空間（而非時間）間隔觸發發射激光，包括加速、減速和勻速段，從(cong) 而實現脈衝(chong) 能量均勻地作用在被加工物體(ti) 上。圖3列舉(ju) 對比了不含PSO功能及含PSO功能的兩(liang) 種圓角矩形的加工效果示意圖，可以很明顯觀察到，利用PSO功能，在整個(ge) 運動軌跡中激光發射的光斑均勻分布，即使在拐角曲線處也避免了因過度加工而導致的老化現象，從(cong) 而保證了整體(ti) 加工質量的一致性。

圖3. 超快脈衝(chong) 激光移動運動過程中與(yu) 物質相互作用示意圖：（a）不含PSO功能；（b）含PSO功能

在超快激光加工應用中，尤其在消費類電子產(chan) 品中，對於(yu) 加工產(chan) 能有著極高的要求，如果為(wei) 了保證加工質量而使整個(ge) 運動軌跡都處於(yu) 慢速掃描，將達不到產(chan) 能要求，這大大影響了超快激光微加工的應用優(you) 勢。PSO功能的引入能夠使超快激光在整個(ge) 運動軌跡中以固定的距離發送激光脈衝(chong) 觸發信號而不考慮總體(ti) 速度，即在直線部分以很快的速度運動，而在圓角部分減速，通常圓角加工部分在整體(ti) 材料中占有比較小的部分，這樣在保證材料加工效果的同時，就可以最大限度地提高加工產(chan) 量。

在超快激光加工應用中，尤其在消費類電子產(chan) 品中，對於(yu) 加工產(chan) 能有著極高的要求，如果為(wei) 了保證加工質量而使整個(ge) 運動軌跡都處於(yu) 慢速掃描，將達不到產(chan) 能要求，這大大影響了超快激光微加工的應用優(you) 勢。PSO功能的引入能夠使超快激光在整個(ge) 運動軌跡中以固定的距離發送激光脈衝(chong) 觸發信號而不考慮總體(ti) 速度，即在直線部分以很快的速度運動，而在圓角部分減速，通常圓角加工部分在整體(ti) 材料中占有比較小的部分，這樣在保證材料加工效果的同時，就可以最大限度地提高加工產(chan) 量。