激光光束整形的创新应用

微激光钻孔

微激光钻孔是工业中最常见和最常用的激光加工之一。各种各样的激光光源类型可以处理各种材料（金属、陶瓷、半导体、聚合物和有机材料等），具有前所未有的可重复性、准确性和速度。微钻孔在许多行业中都很突出，例如汽车、航空航天和电子，甚至激光手术和食品行业。例如，该工艺能够将高纵横比钻孔降至微米级，最近已为汽车行业开发了新的喷嘴，将发动机燃油效率提高到30％。

超短脉冲激光

钻更小的孔、提高钻孔速度、提高孔的精度和质量，以及降低工艺的能耗，导致对提高工业加工的产量和质量的不断需求。这符合新的特定需求，带来新的激光钻孔技术的正常发展。最新的主要创新之一，是使用所谓的超短脉冲激光（USP）微加工工具。

超短脉冲激光器通常以高重复频率（有时每秒超过十万个脉冲）提供短而强的光脉冲。这些激光器的突出特点，是它们可以在极短的时间内，大约一皮秒（10^-12秒）到几十飞秒（10^-15秒），集中脉冲的发光强度。每个脉冲都带有一定量的能量，但其短促性使其能够获得相当高的峰值功率（高达几十瓦）。

对于USP激光，脉冲是如此短而且有能量，以致它们几乎瞬间去除被照射的材料。这些激光器的超短脉冲不会像更常规的激光那样，通过能量被吸收为热量来移除材料，而是在没有热效应的情况下导致物质的电离。这种效应被称为冷烧蚀，允许最小的内部应力、裂缝、毛刺和其他通常由吸热引起的缺陷。2USP激光可以每秒快速钻高达数千个孔，7直径小于任何其他工艺（几微米；见图1）。此外，由于该工艺对加工材料的后处理很少或几乎不需要，因此高速激光器可以以较低的成本提供高生产率，4并且越来越紧凑和经济的商用USP激光的可用性，证明了它们用于越来越多的工业应用。

图1.由飞秒激光脉冲钻出的燃料喷射头孔

激光光束整形

然而，为了真正最大化该加工的有效性、质量、分辨率和效率，有必要应用适合于给定应用的激光光束整形技术。激光光束自然具有不均匀的横向能量分布（见图2），这可能导致不必要的能量损失、不准确性和钻孔不规则性。材料的类型、孔的参数、钻孔的质量和生产率都是需要考虑的因素，并且需要优化激光脉冲的强度在加工材料中的分布方式。

图2.激光光束强度的不均匀分布