激光光束整形的创新应用

Gaussian intensity profile：高斯强度分布

Intensity：强度

Transverse position：横向位置

Spot diameter：光斑直径

Processing threshold：加工阈值

Wasted energy：损失的能量

根据具体应用的需要，可能需要均匀地集中激光能量，将光束整形成一定的轮廓，或甚至生成若干光束以同时处理多个区域4,5并增加工艺的生产率。例如，一种常用的光束形状是平顶轮廓（见图3a），这使得可以获得均匀强度的激光光斑，从而以更好的分辨率和规则的深度穿透。

另一种常用的形状是贝塞尔光束，它使传播的能量在长距离上强烈聚集在小而细长的区域中（见图3b）。因此，对于具有高纵横比（深度与直径比远大于10:1的孔）的小直径孔（有时直径小于微米）的钻孔特别有用。该形状特别用于加工透明材料，8例如玻璃或蓝宝石。对于更具体的应用，可能需要产生更特定几何形状的光束，例如使用无掩模光刻来加工光子晶体或电子微元件。

因此，需要优化该工艺以将激光光束整形单元集成到激光微钻孔系统中。存在几种类型的光束整形技术，例如折射光学元件（ROE）、衍射光学元件（DOE）和空间光调制器（SLM）。这些技术通常以规模化生产使用，但取决于应用，它们往往在可获得的形状类型方面受到限制，受到浅景深（钻孔的有用深度）的影响，并且可能具有降低的效率和高价格。

最近，多平面光转换（MPLC）技术在光束整形方面提供了大量的自由度，同时具有高转换效率（> 95％）。MPLC技术自2013年开始由法国CAILabs公司开发，在整形参数、景深和能效方面取得了创纪录的成果。它可以为激光行业生成标准形状，例如平顶和贝塞尔光束（见图3），以及针对更具体应用的定制形状，无论使用何种波长。此外，它还提供了新功能，例如多个光束的合束整形，可以生成复杂的形状。

图3.平顶光束轮廓（a）和贝塞尔光束的实验强度分布（b）

Intensity：强度

Transverse position：横向位置

Spot diameter：光斑直径

Processing threshold：加工阈值

Wasted energy：损失的能量

Propagation distance：传播距离

展望

USP激光光源的不断发展，特别是在功率、效率和成本方面，使得USP激光微钻孔成为可以被越来越多的应用所使用的工艺。该技术长期用于小批量生产的原型设计和微加工应用，现在以越来越高的生产率，用作越来越多的大规模应用的顶级方法，例如制造动脉支架、OLED面板和注射头。为了确保足够的生产率和最佳的加工质量，激光光束整型可以最大限度地提高加工效率。这就是为什么有必要采用光束整形技术，伴随着工艺的发展，能够应对新的微激光钻孔应用的挑战。