高功率皮秒/飛秒激光器開創(chuàng)應(yīng)用新天地
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噴油嘴鉆孔
生產(chǎn)節(jié)油、低排放的發(fā)動(dòng)機(jī)，是汽車行業(yè)面臨的一個(gè)重大挑戰(zhàn)，解決這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)更加清潔的燃料燃燒，這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)優(yōu)化燃油噴嘴來(lái)實(shí)現(xiàn)。
用高功率皮秒激光器鉆孔噴油嘴，產(chǎn)生了非常尖銳的邊緣，孔內(nèi)沒(méi)有毛刺或熔化，表面非常光滑，從而能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的燃料噴霧。此外，噴油嘴的錐度可以從正值、零值到負(fù)值，為優(yōu)化噴射過(guò)程提供了一定的自由度。50W的平均功率與高達(dá)250μJ的脈沖能量相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)高速、高質(zhì)量的鉆孔（見圖2）。
圖2 用高功率皮秒激光器和螺旋鉆孔光學(xué)元件進(jìn)行噴油嘴的鉆孔，
產(chǎn)生的無(wú)毛刺和光滑的孔
半導(dǎo)體晶圓切割
目前，從一塊硅片上分離出計(jì)算機(jī)芯片的最先進(jìn)的方法是用金剛石鋸切割。然而薄硅片非常易碎，這回也是金剛石鋸切割所面臨的一大挑戰(zhàn)。由于存在機(jī)械接觸，晶圓在鋸割的過(guò)程中必須非常小心謹(jǐn)慎，以避免破壞晶圓或是在切割邊緣產(chǎn)生破損。
皮秒激光器與高速和精密線性加工相結(jié)合，可作為一種非接觸式工具實(shí)現(xiàn)比金剛石鋸更快速的晶圓切割。使用皮秒脈沖激光器的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是：其能實(shí)現(xiàn)更高的切割質(zhì)量以及可以忽略的熱影響區(qū)，這樣切割邊緣將具有更高的強(qiáng)度，這對(duì)于晶圓在下一個(gè)處理步驟中保持良好的機(jī)械負(fù)荷非常重要（見圖3）
圖3 用皮秒脈沖激光器切割半導(dǎo)體晶圓，不但能提高生產(chǎn)量，
還能改善切割質(zhì)量，并且切割邊緣具有更大的強(qiáng)度
心血管支架切割
心血管支架制造商正在試圖利用高分子材料的優(yōu)勢(shì)，例如可吸收性。使用連續(xù)光纖激光器或固體激光器實(shí)現(xiàn)的最先進(jìn)的激光聚變切割，只適用于切割金屬支架，并且會(huì)產(chǎn)生融化和毛刺，這將需要昂貴的后續(xù)處理過(guò)程，同時(shí)也降低了產(chǎn)量。
選擇適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)、切割元件和旋轉(zhuǎn)加工，皮秒激光器能實(shí)現(xiàn)與熔融切割相匹敵的切割速度，并在切割質(zhì)量方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，能將后續(xù)處理降低到最低程度，進(jìn)而提高生產(chǎn)量。此外，相同的皮秒激光器可用于切割聚合物及其他非金屬支架，能實(shí)現(xiàn)較高的切割速度與切割質(zhì)量，使其成為用于醫(yī)療設(shè)備制造的一種具有潛力的切割工具（見圖4）。
圖4 用于心血管支架和其他醫(yī)療設(shè)備的主要材料
適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)、切割元件和旋轉(zhuǎn)加工，能使皮秒激光器實(shí)現(xiàn)高速切割，并且能獲得較高的高分子材料切割質(zhì)量，這些材料是開發(fā)出來(lái)用于心血管支架和其他醫(yī)療設(shè)備的主要材料。
顯示器玻璃切割
顯示器制造商正在尋找新的切割解決方案，要求切割后玻璃的邊緣具有較高的強(qiáng)度。此外，顯示行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)正在向超薄玻璃和化學(xué)硬化覆層玻璃發(fā)展，并且需要靈活的形狀以實(shí)現(xiàn)時(shí)尚設(shè)計(jì)。
與硅類似，玻璃是一種脆性硬質(zhì)材料。最先進(jìn)的顯示器玻璃切割是通過(guò)機(jī)械劃線實(shí)現(xiàn)的。這種方法產(chǎn)生的切割邊緣通常會(huì)有裂縫和碎屑，并且切割邊緣的強(qiáng)度較差，這使得邊緣打磨成為一個(gè)必不可少的后續(xù)步驟。打磨步驟的必要性不僅限制了玻璃結(jié)構(gòu)的靈活性，而且也限制了玻璃的厚度。
經(jīng)過(guò)多年的應(yīng)用開發(fā)，皮秒激光器已經(jīng)在移動(dòng)顯示器的批量生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)了較大突破（見圖5），不僅切割邊緣質(zhì)量有了提高，而且還實(shí)現(xiàn)靈活的幾何形狀。皮秒激光器已經(jīng)成為切割超薄玻璃以及硬化玻璃的一種功能強(qiáng)大的工具。
圖5 皮秒激光器能用于切割多種玻璃，包括超薄玻璃和
用于移動(dòng)顯示器和平板電腦的硬化玻璃
評(píng)論