紫外雷射器原理和發展前景

2020-12-03 格鐳雷射

前言

雷射的重要性不言而喻,它可以廣泛運用到工業、醫學、通信、軍事等領域,推進了社會發展的進程。故而有人稱它是20世紀以來續核能、電腦、半導體之後,人類的又一重要發明。同時也被譽為「最快的刀」、「最快的尺」、「最亮的光」的稱號。

光是原子中的電子吸收能量後,從低能級躍遷到高能量,再從高能量回落到低能量,回落的時候釋放的能量光子的形式放出。而雷射,就是被引誘(激發)出來的光子隊列,這光子隊列中的光子們光學特性一樣,步調及其一致。

紫外雷射器

目前根據工作介質分,雷射器可分為氣體雷射器、固體雷射器、半導體雷射器和染料雷射器4大類,還發展了自由電子雷射器,大功率雷射器通常都是脈衝式輸出。

1960年第一臺紅寶石雷射器問世,1961年我國研製出第一臺雷射器,開啟了雷射器領域新篇章。雷射具有方向性好、亮度高、單色性好、相干性好特徵,經過了50多年時間,雷射技術與應用發展快速,而其中全固態紫外雷射器因體積小、壽命長、結構緊湊、維護方便等一系列優點成為雷射技術發展前途的研究領域之一。

紫外雷射器波長為355nm,光斑小、脈衝寬度窄、多波長、速度快、穿透好、熱量少、輸出能量大、峰值功率高及材料吸收好等特點,屬於冷光源,同時也被稱為「冷加工」,可以被材料較好的吸收,對材料的破壞也是較小的,相對常規CO2 雷射器和光纖雷射器能夠滿足絕大多數工業精密加工要求。目前固體紫外雷射器基於有的各種性能優勢被廣泛應用於各行各業,成為當前主流的工業級雷射器之一。

固體紫外雷射器出光原理

雷射器必須具備以上三個部分,泵浦源、工作物質和光學諧振腔,用固體雷射材料作為工作物質的雷射器。工作物質在泵浦源的作用下發生粒子數反轉分布,成為激活物質,從而有光的放大作用,放大的光一部分反饋回來參加激勵,諧振腔產生振蕩,滿足一定條件後即可產生雷射。

1、泵浦源:它的作用是給工作物質以能量,將原子由低能級激發到高能級的外界能量。通常可以有光能源、熱能源、電能源、化學能源等。

2、工作物質:雷射器的核心,只有能實現能級躍遷的物質才能作為雷射器的工作物質。

3、光學諧振腔:使工作物質的受激輻射連續進行;不斷給光子加速;限制雷射輸出的方向。

雷射器打標原理

雷射打標是利用高能量密度的雷射對工件進行局部照射,使表層材料汽化或發生顏色變化的化學反應,從而留下永久性標記的一種打標方法。雷射打標可以打出各種文字、符號和圖案等,字符大小可以從毫米到微米量級,這對產品的防偽有特殊的意義。

聚焦後的極細的雷射光束如同刀具,可將物體表面材料逐點去除,其先進性在於標記過程為非接觸性加工,不產生機械擠壓或機械應力,因此不會損壞被加工物品;由於雷射聚焦後的尺寸很小,熱影響區域小,加工精細,因此,可以完成一些常規方法無法實現的工藝。

應用及發展

受3C應用市場的驅動,近兩年我國紫外雷射器市場發展迅速。在經過2017年該市場呈現直線增長趨勢,2018年紫外雷射器的市場需求量出現了小幅回落,受疫情影響,很多加工工業發展緩慢,2019年年開始緩慢增長,雖不及2017年的火爆,但相比2018年呈小幅增長態勢,側面反映了如今國內紫外雷射器的應用及發展趨勢情況。

技術堡壘

紫外雷射器作為工業加工主流方向,近幾年,紫外雷射器的發展就像光纖雷射器一樣,功率不斷提高,從最早的3W、5 W,到10 W、15 W,再到30 W、40 W延伸。

鑑於工業應用對於雷射加工效率和要求的不斷提高,5 W以上的納秒紫外雷射器成為了市場新寵,因此功率高、窄脈寬、高重複頻率的中高功率納秒紫外雷射器,能滿足不同客戶不同加工應用對紫外雷射輸出功率的要求。

為了適應工業加工精度要求的提高,格鐳雷射自主研發生產了固體紫外雷射器,根據國內使用環境,本系列產品採用全風冷和水冷兩種形式,產品性能穩定,體積小,結構緊湊,功耗低。輸出雷射束為基模,光束質量好,峰值功率高,能夠滿足絕大多數工業精密加工要求。

發展前景

受疫情的波及,很多加工業面臨著銷售難,復工緩慢等問題,但隨著5G時代到來,3C產業飛快發展,催生了FPC加工市場需求。隨著5G產業的進一步發展,以及各大電子產品製造商對柔性OLED顯示屏的追逐,催生了市場對FPC柔性線路板的需求迅猛增長,隨之而來對紫外雷射器市場的需求也將得到快速增長。

國內雷射市場處於快速發展的階段,此前國家已經陸續出臺利好政策扶持行業發展、未來,雷射產業的發展十分重要,國家將出臺更好的政策。目前,我國雷射器市場中國高產化率仍有上升空間。未來,在利好政策及市場發展的推動下,我國雷射器市場國產化率將進一步提高。

隨著雷射技術的進一步普及,應用,為了適應市場上對於雷射器多種需求,雷射器將逐漸走向系列化,組合化、標準化和通用化。

雷射行業技術的逐漸升級,未來在電子製造業,通信行業、集成電路行業等領域的應用將不斷擴展,市場需求也將逐步攀升。

未來的工業化產品只會朝著便捷,集成的方向前進,雷射器也是一樣,體積小,重量輕,電路與光路的集成,功率高,穩定性佳,因而高功率一體化機型成為必不可擋的發展趨勢。

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