DOE光束整形器在激光加工及材料處理領域的應用

自1960年首台激光器問世以來，經過近70年的發展，激光技術已經形成了龐大的產(chan) 業(ye) 規模，廣泛應用於(yu) 工業(ye) 加工、醫療美容、商業(ye) 、科研、信息和軍(jun) 事等多個(ge) 領域。眾(zhong) 所周知，不同的應用場景對激光的功率、波長、光斑形狀等有著不同的要求，而要實現光斑形狀的改變，則離不開光束整形器。

采用衍射光學元件（Difractive Optical Element，DOE）進行光束整形是近年發展起來的非常方便、靈活、功能強大的光束整形方式。DOE可適用於(yu) 多種類型的輸入激光（如單模高斯激光、多模激光等），在激光焦麵上形成指定的光斑形狀和光強分布，還可以實現在激光傳(chuan) 播方向特定的光強分布。典型的功能包括：產(chan) 生平頂分布圓光斑或矩形光斑；產(chan) 生線形分布光斑；將非均勻多模激光進行勻化；產(chan) 生環形以及多環等光斑分布；產(chan) 生一維、二維多束激光分布；在傳(chuan) 輸方向上形成多焦點以及長焦深分布等。今天我們(men) 主要討論在激光加工與(yu) 材料處理領域DOE光束整形器的應用。

熔蝕與(yu) 構造

激光熔蝕是指通過激光輻照從(cong) 材料（通常是固體(ti) ）表麵去除材料。熔蝕通常采用小區域高能量脈衝(chong) 實現。激光溶蝕具有多種用途，如納米材料製備，金屬或介電薄膜沉積，超導結構製備，金屬部件常規焊接與(yu) 邦定，MEMS結構加工等。

采用平頂發生器或渦旋位相板可以產(chan) 生邊界銳利的光斑構型，在溶蝕過程中確保精確的材料移除範圍。而當激光器能量較高時，可采用多點分束器來實現多個(ge) 區域並行處理，提升產(chan) 率。

激光溶蝕（上）與(yu) 表麵構型（下）

相關(guan) DOE產(chan) 品：平頂光發生器，渦旋位相板，分束器

焊接

采用激光可將多個(ge) 金屬或塑料機件連接在一起。激光光束提供一個(ge) 集中的熱源，實現高速率、大深度、窄縫寬焊接。激光焊接通常在大規模製造中自動化進行。與(yu) 切割技術協同，激光焊接可用於(yu) 多種焊接類型（點焊，直／曲線焊，釺焊等）。

能量分布均勻的激光有助於(yu) 焊接溫度的均勻分布，生成高質量焊縫。采用分束器產(chan) 生的多焦點焊接，可提升加工速率。

激光焊接（左）與(yu) 平頂光斑（右）

相關(guan) DOE產(chan) 品：平頂發生器，勻化器，分束器，C型發生器，高效率雙焦DOE

釺焊

在釺焊過程中，激光燒熔焊條並將兩(liang) 塊金屬焊接在一起，這種工藝廣泛使用在汽車工業(ye) 中。在焊條熔融之前，如能夠將焊接金屬先行清洗、預熱，焊接效果將顯著提高。

專(zhuan) 門為(wei) 這種工藝訂製的勻化器，可以在主焊的平頂光斑前端兩(liang) 側(ce) 產(chan) 生兩(liang) 個(ge) 小光斑用於(yu) 待焊金屬的清洗和加熱，提升釺焊的強度和焊縫的整潔度。

激光釺焊（左）與(yu) 訂製光斑（右）

相關(guan) DOE產(chan) 品：訂製光束勻化器

激光微孔

激光微孔加工是指利用激光在薄料上打小孔，通常用於(yu) 薄片或薄膜，如香煙卷紙、食品包裝紙（延長保質期和新鮮度）。這類應用需要精密的、等間距的微孔，而通常不需要很高的激光功率。分束型DOE能夠產(chan) 生大量的、間距精確的二維陣列焦點，非常適合此類材料上高速打孔。

食品包裝紙微孔（左）與(yu) 多點光斑

相關(guan) DOE產(chan) 品：分束器（多點DOE）

金屬及玻璃切割

激光切割通過將高功率激光引導並聚焦到工件表麵，通過運動機構掃描並按指定路線切割工件。激光切割為(wei) 工業(ye) 製造的重要手段；常常需要在不使用長焦透鏡的情況下延長焦點的焦深，以減少切割區域的崩邊、熔邊，提升切割質量。

金屬切割利用激光聚焦產(chan) 生的局部熱量加熱材料，達到熔點以切斷樣品。融化的金屬被氣流帶走。

而玻璃切割通常使用紅外波段的高功率脈衝(chong) 激光器。因為(wei) 玻璃吸收較低，因此需要更高功率的激光；使用DOE可增加焦深，使得能量在玻璃的內(nei) 部沉積，實現單次切割，而不需要調整焦點位置後再次掃描。這種方式對於(yu) 隱裂切割特別有用：透明材料內(nei) 部的局部受熱使得切縫變脆而不是熔融，後續再采用機械方式沿切縫分離，形成理想的斷縫。

金屬切割與(yu) 環形光斑（上），玻璃切割與(yu) 貝塞爾焦斑（下）

相關(guan) DOE產(chan) 品：

金屬切割：渦旋位相板、平頂發生器；

玻璃切割：DeepCleave；貝塞爾DOE；多焦點DOE。

鑽孔

激光鑽孔利用聚焦的重複脈衝(chong) 激光器汽化金屬，形成通孔。脈衝(chong) 能量越大則汽化的金屬越多。作為(wei) 激光加工領域主流應用之一，多年來發展了各種打孔技術：單脈衝(chong) ，叩擊，旋轉打孔，螺旋打孔等。除金屬外，激光打孔也在多種場景應用，如橡膠、矽襯底等。

配合打能量激光器，分束（多點）DOE可用於(yu) 提升鑽孔產(chan) 率；平頂型光斑有利於(yu) 提升孔壁的垂直度和邊緣銳度；渦旋濾光片可用於(yu) 環形孔。

激光鑽孔工藝（左），金屬管打孔（右）

相關(guan) DOE產(chan) 品：多點分束器，平頂發生器，渦旋濾光片

激光剝離

激光剝離（Laser Lift Off，LLO）是一種選擇性的分離兩(liang) 種材料的技術。激光投射到襯底與(yu) 鍍層材料（如藍寶石襯底上的GaN）中間的粘結層上。激光剝離可以處理大尺寸器件並達到要求的精度與(yu) 可重複性。因此，激光玻璃在LED工業(ye) 中剝離發光薄膜中廣泛使用，同時也用於(yu) 顯示、移動終端等製程。

LeanLine™為(wei) 專(zhuan) 門為(wei) LLO開發的DOE，將圓形多模光斑變換成為(wei) 細線分布，適用於(yu) 紫外及綠色激光（343，355，532nm）。這種解決(jue) 方案基於(yu) 專(zhuan) 有的衍射光學光束成型技術，可以很容易的擴展至任意波長（193nm － 1600nm）。采用這種方案，用戶可以使用成本較低的多模激光器實現高功率密度的線光源。