太意外了，它们之间居然也有不可告人的关系！激光表面处理与激光打标机的联系（二）

太意外了，它们之间居然也有不可告人的关系！激光表面处理与激光打标机的联系：

铜金属表面的激光纹理化

激光抛光金属铜以产生对比度是一种相对知名的工艺，但由于金属固有的高反射率，暗点通常更难实现。 IPG 光子学硅谷技术中心 (SVTC) 开发了此类方法，用于在 L * <30 值的铜表面上创建暗表面。

通过将其与抛光前的表面粗糙度进行比较，可以观察到激光切割表面粗糙度 (<1 µmRa) 的差异。但是，表面结构更复杂，表面得到显着改善，产生了高吸水性的表面。

生成的表面纹理支持，意味着所谓的非线性等离子体工艺，而不是传统的热烧蚀。另一个重要的证明是，在相同的激光参数下，可以加工 20 m 厚的铜板而不发生材料变形，但使用平均功率为 28.5 W 的亚纳秒激光。

带有激光或玻璃标记的表面纹理

令人惊讶的是，几乎与铜材料相同的参数可用于标记未镀膜硼硅酸盐玻璃的顶部和底部。这再次证实了非线性吸收与光纤激光器的高峰值功率性能有关的假设。观察去除区域，我们可以看到“裂纹”非常有限，裂纹<10 µm，表面粗糙度<5 µm Ra。

本文探讨如何量化激光打标和表面图案，并将这些方法应用于激光打标铝。更复杂的铜和玻璃表面的标记技术表明，未来将有更广泛的表面图案的技术应用。

由于固有的高反射和色散系数以及表面上不均匀的天然氧化物层的结合，将铜激光焊接到其他金属或其他金属一直是低功率热线焊接的挑战。这种深色标记方法已被证明可以提高焊接铜时的一致性。这些精细结构还可以改善铜或铝与其他各种金属之间的粘附力，作为正在进行的研究的一部分，以改善和标准化激光束的表面吸收。

在类似的情况下，相同的亚纳秒激光被用于对金属进行预激光处理，以便随后将其熔化成透射聚合物。激光清洁表面的好处——例如通过激光预处理和激光点加热来扩大表面的技术——允许您将金属和聚合物的某些组合与基材强度水平相结合。

用于系统小型化的非圆形光学元件

减少库存：缩短目标以使系统更小。

方形和截断光学元件减少了传统光学模型（如​​ B. Czerny-Turner 光谱仪）的整体质量；在公共底座上直接安装方形透镜可提高热机械稳定性；高 NA 微圆柱透镜允许您对封装中的激光二极管进行准直和环绕。大多数标准镜头和反射镜都可以切割成尺寸，以便在紧凑型光学系统中进行表面安装。

大多数人一提到镜片，首先想到的就是传统的圆形对称圆形镜片。这种印象是有充分理由的。纵观历史，大部分镜片制造都依赖于这种对称性来对球面和非球面镜片进行精密整形和抛光。这种径向对称性可以作为光机械设计中的宝贵工具，让您可以轻松地对中和对齐复杂的光学系统。这种被动调整过程最好通过观察物镜在显微镜或先进相机的物镜管中的位置来观察。在这两个示例中，透镜和垫片都以管为中心，从而显着减少了制造时间和成本，并提供了出色的机械稳定性。

不幸的是，向更小和更紧凑的设备发展的技术趋势仍在继续，包装中并不总是有空间用于附加材料，例如 B. 机械螺钉或未使用的玻璃。因此，许多现代电光封装设计为使用截头或方形光学组件，这些组件可以安装在没有圆形或 V 形槽的基板上。这些组件用于各种光子技术，特别是数据通信中，例如多路复用器和放大器。为简洁起见，让我们看两个例子：微型光谱仪和光纤耦合二极管激光器。

微型光谱仪中的截断镜

现代微型光谱仪中最常用的光学结构称为车尔尼-特纳配置。在这种布置中，来自入口狭缝的光由一个小凹面镜准直，然后指向衍射光栅。当光撞击衍射光栅时，不同波长的波沿平行于基板的轴传播，但仍保持准直。因此，必须使用较大直径的聚焦镜将多个狭缝图像聚焦在光谱仪的线性探测器阵列上，但只能沿一个轴聚焦。因此，大圆镜经常被切割，顶部和底部被修剪，以便它们可以齐平安装，大大降低了系统的整体高度。

这种趋势在最近的一些微型和微型光谱仪设计中继续存在，将这些截断反射镜与基于微机电系统 (MEMS)（而不是衍射光栅）的空间光调制器相结合。 MEMS 技术进一步减小了光学元件的尺寸，探测器阵列可以用单元件光电二极管代替，这在某些情况下将光谱仪的总面积减小到铅笔橡皮的大小。为了在光谱仪设计中实现这种紧凑程度，必须切割准直镜和聚焦镜以提供光滑的边缘，以便两个光学器件可以安装在一个表面上。在这种情况下，在连接之前使用了一个取放微定位系统来调整两个镜子。我们将在下一节中更详细地讨论微定位。

方形光纤耦合二极管激光透镜

虽然激光二极管通常有几十种不同的激光封装，但 14 针蝶形管实际上已成为高功率光纤耦合激光二极管的行业标准。这种配置允许使用安装在集成热电冷却器 (TEC) 上的通用平台，从而提供出色的热机械稳定性。这些基板的尺寸通常小于 8 毫米 x 15 毫米，由与玻璃的热膨胀系数 (CTE) 相匹配的铜钨等材料制成。通过 CTE 适配，激光二极管可以在很宽的温度范围内工作，而不会损坏或移动外壳中的光学器件。然而，在使用传统的圆形微光学器件时，硅胶 V 型槽或金属安装环会因 CTE 不匹配而导致不稳定，缩小已经有限的外壳空间，并且兼容性相对较差。激光二极管封装的当前趋势是使用方形或矩形微透镜，这些微透镜可以直接安装到基板上，也可以使用无间隙安装方法由空间中的另一种玻璃支撑。这些镜头具有出色的可靠性，需要很少的封装空间，并允许在亚微米范围内进行微调。

使用这些方形光学元件（通常大小约为 1-3 毫米），经验丰富的操作员可以通过微定位位置主动调整舞台上的光学元件。这些步骤包括一个真空歧管，当它与方形光学元件的顶部或侧面对齐时，允许调整光学顶空，通常具有五个自由度。激光功率是实时控制的。如果用户想用圆形镜头而不是方形镜头来做同样的事情，则镜头应该安装在方形或矩形镜头座上，这会大大增加整体体积并减小要安装的镜头尺寸。在身体里。它可以是最大数量。

带有 14 个光纤连接引脚的典型蝶形封装最多需要三个独立的透镜，以确保高效稳定的数据传输。大多数高质量激光二极管使用两个相交的方形柱面微透镜来补偿激光二极管快轴和慢轴的发散角之间的差异。第一个镜头是快轴准直 (FAC) 镜头，由于发散角通常约为 25 度，因此必须具有较大的数值孔径，焦距通常约为 500 µm，因为发散透镜的尺寸较小。 † 洞 ; Mr. 根据是使用单模还是多模二极管，慢轴的发散角比快轴的发散角小3-5倍。