超快激光微加工的Burst Mode和PSO功能

单词阐明

Burst Mode：在激光行业里，常日简称“脉冲串”模式

PSO：position synchronized output, 位置同步输出

超快激光的基本事理

本媒首先和大家大略回顾一下超快激光器的基本事理构造，以便更好地理解Burst Mode和PSO的功能浸染。
根据超快激光放大技能事理不同，目前市场上的超快激光器紧张包括碟片式、光纤式、固体式以及光纤-固体稠浊式（种子源采取光纤激光器，放大器部分采取固体放大）四种类型。
大多数超快激光器的基本构造都是类似的，紧张由种子源、脉冲选择器、放大器和 AOM 四大部分组成。
飞秒超快激光器的构造上会轻微繁芜一些，在种子源和脉冲选择器之间增加一个展宽器，并在放大器之后增加一个压缩器。

如图1所示，超快激光器的种子源常日采取20-80MHz的高重复频率皮秒光源，先经由脉冲选择器来降落种子源输出频率，在功率放大之前会综合考虑脉冲放大的目标能量、系统设计的最大泵浦功率以及散热管理等成分，常日将重频频率降落在5MHz以下，筛选后的种子源经由放大器后功率/能量得到放大提升，末了再经由AOM，可以进一步掌握激光的输出功率及重复频率，并且借助外部匆匆发旗子暗记可以实现单触发输出。

图1. 超快激光器的基本事理构造示意图

超快激光的Burst Mode功能

Burst Mode的产生是通过受控光开关选择与种子源重复频率相同的多个高频子脉冲，组成一个脉冲串输出。
图2列举了脉冲串包络中的子脉冲数量为2至5时的输出形式，其特点是多个间隔数十纳秒的子脉冲组成一簇，并且脉冲串包络中相邻脉冲的韶光间隔由种子源的重复频率所决定，比如种子源的重复频率为20MHz，则脉冲串内部的脉冲间隔为1/20 MHz = 50 ns。
这种脉冲的重新排列组合可通过脉冲选择器来实现完成。
其余，在某些产品设计中，还会增加对脉冲串包络中各个子脉冲的能量强度的调节功能。

Burst Mode的独特上风是不仅可以调谐脉冲串包络中的子脉冲数量以及脉冲串的韶光间隔，而且同时能够保持超快激光的最大输出功率。
比如，在5MHz，50W的超快激光器系统中，由于材料加工工艺的哀求，须要在较低的重复频率（500kHz）下事情，否则会由于重复频率过高引起热积累效应（可参考诺派《激光小学堂》第二期），在这种情形下，直接降频将导致超快激光的加工效率大大降落。
利用Burst mode功能，可以在重复频率降为500kHz的同时，把脉冲串的子脉冲数量设定为10，其总的输出功率仍是50W，这样既能担保超快激光微加工的质量，同时又能提高加工产能。

图2. 超快激光器不同脉冲串包络中子脉冲数量示意图（n = 2 ~ 5）

超快激光的PSO功能

目前很多的超快激光微加工运用都包含了圆角、曲线等运动轨迹，比如说全面屏切割，对付此类轨迹，常日直线部分的切割速率更快，在圆角部分会缓慢移动。
如果以固定频率发射激光脉冲，工艺将因轨迹上的不同速率而高度变革，并且在更低运动速率段因更高脉冲重叠而发生不必要的“老化”（如图3a）。
为担保这种快速变速轨迹的加工质量，工业超快激光系统须要将加工平台的运动与触发激光或数据采集设备的输出折衷起来，从而实现高速、高质量的运动掌握。

PSO的紧张功能：通过采集实时的编码器反馈进行位置比较，与激光器同步输出旗子暗记进行相位同步，在运动轨迹的所有阶段以恒定的空间（而非韶光）间隔触发发射激光，包括加速、减速和匀速段，从而实现脉冲能量均匀地浸染在被加工物体上。
图3列举比拟了不含PSO功能及含PSO功能的两种圆角矩形的加工效果示意图，可以很明显不雅观察到，利用PSO功能，在全体运动轨迹中激光发射的光斑均匀分布，纵然在拐角曲线处也避免了因过度加工而导致的老化征象，从而担保了整体加工质量的同等性。

图3. 超快脉冲激光移动运动过程中与物质相互浸染示意图（a）不含PSO功能；（b）含PSO功

在超快激光加工运用中，尤其在消费类电子产品中，对付加工产能有着极高的哀求，如果为了担保加工质量而使全体运动轨迹都处于慢速扫描，将达不到产能哀求，这大大影响了超快激光微加工的运用上风。
PSO功能的引入能够使超快激光在全体运动轨迹中以固定的间隔发送激光脉冲触发旗子暗记而不考虑总体速率，即在直线部分以很快的速率运动，而在圆角部分减速，常日圆角加工部分在整体材料中霸占比较小的部分，这样在担保材料加工效果的同时，就可以最大限度地提高加工产量。

来源：诺派激光