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紫外激光玻璃打标工艺研究

来源:贝林激光

  发布:cici

关键词:紫外激光器 激光技术

2018-09-10


本文将指导你理解和掌握紫外激光器在玻璃表面打标的加工工艺。

一.玻璃打标难度

当一束光射入玻璃时,会在表面反射一部分光,其余大部分则会直接透过去。紫外激光也是如此,当紫外激光在玻璃表面蚀刻时,需要极高的能量密度,但能量密度过高会出现裂纹甚至崩边现象,能量密度过低又会导致打出的点沉下去或者无法直接在表面蚀刻,故而加工难度较大。

二.影响因素

1.平面玻璃

紫外激光在平面玻璃上打标,和激光器的峰值功率、最终聚焦光斑尺寸、及振镜速度都有直接关系。

我们发现有时候高功率激光器的光没有在玻璃表面蚀刻,也会直接透过去。这是因为激光器峰值功率不够,或者是能量密度不够集中。峰值功率受激光器晶体,脉宽与频率影响着,脉宽越窄,频率越低,激光器的峰值功率则越高。能量密度受光斑大小、激光束的光束质量M2(衡量激光束的标准,指激光束接近高斯光束的值,高斯光束M2=1)所影响着。光斑大小可以通过使用高倍数的扩束镜来改变,M2只能由激光器本身的光束质量来决定,M2越小,扩束镜倍率越大则能量密度越是集中。

有些虽能在玻璃表面蚀刻,但还是产生了漏点的现象,并且有些脉冲形成的点会下沉到玻璃里面形成内雕,这种情况可以采用高峰值功率的激光器与大倍率扩束来改善加工效果。

另外,激光束接触玻璃表面的时间同样影响着玻璃表面的蚀刻效果,接触时间太长可能会导致玻璃表面打的太深,太短则会导致漏点。我们只需将振镜的扫描速度更改到合适的值即可得到较好的加工效果。但需要注意的是扫描速度还受到激光器本身的频率所影响,若频率过低也导致漏点现象 。

紫外激光玻璃打标工艺研究

(贝林LP106-5w加工的平面玻璃)

2.曲面玻璃

因为曲力影响,最终聚焦光斑的焦深与振镜的扫描方式对加工效果的影响格外重要,即受激光器峰值功率、最终聚焦光斑、振镜扫描速度、振镜扫描方式、光斑焦深和场镜范围等所影响。在能量密度达标时,我们会发现在玻璃表面越往边缘的效果越差,甚至无法在表面起加工作用,其原因就是因为焦深太浅所导致。焦深受激光束M2因子,扩束镜光斑大小,及场镜范围所影响。扩束镜的倍数与场镜的范围都影响着焦距,焦距越短,则能量密度越集中,焦深就越浅。下面我们看一下不同焦深所带来的影响。如下图所以示,用贝林5w激光器,SCAN-LAB高速扫描振镜, F=160的场镜时,X10倍扩束,与X8倍扩束,X5倍扩束时在石英玻璃表面蚀刻时的效果:

紫外激光玻璃打标工艺研究

(X10倍扩束)

紫外激光玻璃打标工艺研究

(X8倍扩束)

紫外激光玻璃打标工艺研究

(X6倍扩束正面)

紫外激光玻璃打标工艺研究

(X6倍扩束侧面)

以上图片所示,我们可以明显的观察到10倍扩束下,能量密度较为集中,表面很细腻,但又因焦深较浅,所以两侧激光没有在表面起作用 。8倍扩束下,对于当前曲面的产品,焦深和能量较为合适,打标出来的效果较好。而6倍扩束焦深增加的同时也减小了能量密度,因此漏点很多,效果较差。

因此我们得出结论,对于此类曲面幅度较大,硬度较高的玻璃材料要选用光束质量较好,脉宽较窄的激光器,选用合适的扩束镜或采用3D可变焦振镜来加工此类产品较为合适。

贝林激光为此类玻璃打标推出新款5w~7w(LP106,SP355)水冷紫外激光器,此款激光器M2因子<1.3 ,其接近高斯光束(M2=1)的值,保证了光束质量;频率在30KHZ下脉宽能达到10ns,保证了峰值功率;水冷的冷却方式更是保证了激光腔连续工作的稳定性。由此可见该款激光器为玻璃加工打标提供了稳定的紫外光源。

紫外激光玻璃打标工艺研究

(贝林LP106-5W水冷激光器)