针对异种复合材料激光加工 京瓷开发出三波长1/2波长板

2009/9/10/16:40
    日本水晶元件厂商京瓷KINSEKI开发出了能够对由多层薄膜及合金等不同材料组成的元件进行高效激光加工的光学元件(图1)。这种光学元件就是被称为1/2波长板的水晶元件。插入到进行MEMS元件等部件切割及开孔等的激光加工装置光源中使用。

  1/2波长板起改变激光振动面的作用(图2)。这是(1)提高加工效率和(2)提高加工精度不可缺少的元件。一般情况下,照射激光时,会产生两个振动面。也就是说,在与入射光平行、互相垂直的两个平面上产生两个振动的波。1/2波长板起到改变波振动方向的作用。

  (1)要利用1/2波长板提高激光加工效率,需要将两个波中的一个振动面改变90度。一般而言,激光加工时,两个平面上振动的波中一个反射少、能够高效加工,而另一个反射多、加工效率下降。因此,只将加工效率低的振动波方向改变90度。这样便可以利用由反射少的波构成的激光进行加工。

  (2)激光器加工装置为提高精度,利用1/2波长板来调节激光强度。这一点通过与偏振器(PBS)元件组合来实现。偏振器透射拥有一个振动面的激光,拥有与之成直角的振动面的激光发生反射。因此,通过用1/2波长板改变两个振动面的波比例,可以控制加工时所用激光的强度。

  1/2波长板在过去每种波长需要1种。改变振动面角度的特性随波长变化。因此,想利用多种波长加工时,需要按照波长数量准备1/2波长板。此次开发的波长板一种便可支持3种波长,并改变振动面。

  近来,对支持多种波长的1/2波长板的需求增加。这是因为想利用激光加工装置处理由不同材料组成的复合材料的需求越来越多的缘故。比如,金属材料对激光的吸收率因波长而异。吸收率越高,加工速度就越高。因此,通过选择容易提高激光强度且吸收率高的波长,来提高加工效率。

  激光加工装置采用普通YAG激光器时,使用的是光源波长1064nm、二次谐波532nm和三次谐波355nm。不过,加工效率高的波长因金属种类而异(图3)。在加工由不同金属组成的合金及多层金属膜时,利用多种波长加工更能够提高处理速度。

  此次该公司开发的1/2波长板设想采用YAG激光、同时支持1064nm、532nm及355nm三种波长。支持三种波长的1/2波长板以前还从未有过。

  此次的1/2波长板是重叠多个特性不同的光学元件实现的。重叠2块水晶板时,可以通过重叠方法控制振动面的角度变化量(图4)。该角度变化量是只有某一点波长所要求的角度(90度等)。但是,如果组合多对水晶板,就会实现多个波长所要求的角度。此次该公司发现了能够实现1064nm、532nm、355nm三点波长所要求角度的组合。

  为发现这一最佳组合,提高了准确预测光学特性的模拟技术。并自主开发出了模拟器。为减小模拟结果与实际制造的元件之间的差距,还采取措施提高了水晶元件的制造精度。其中吸取了利用水晶结晶制造的经验。
















 

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