CN108526711A - 一种改善纳秒脉宽紫外激光器切割的方法 - Google Patents

一种改善纳秒脉宽紫外激光器切割的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种改善纳秒脉宽紫外激光器切割的方法，涉及激光切割技术领域，其步骤包括：在纳秒脉宽紫外激光器的激光输出方向上安装偏振片；设置纳秒脉宽紫外激光器的电流I或激光脉冲重复频率f为定值；调节纳秒脉宽紫外激光器的激光脉冲重复频率或电流，使得激光脉冲宽度Tpuls满足Tpuls≤Tpulsmax；调节纳秒脉宽紫外激光器射出紫外光的光振动方向与偏振片偏振化方向之间的夹角α，使得E输出＝E0，其中E0为热塑性树脂材料对激光能量吸收的定值。本发明一种在纳秒紫外激光器下改善聚碳酸酯激光切割的方法，成本低、可靠性高，实现聚碳酸酯材料切割端面平整、表面无变色、无翻边的要求。

Description

一种改善纳秒脉宽紫外激光器切割的方法
技术领域
本发明属于激光切割技术另，特别涉及一种改善纳秒脉宽紫外激光器切割的方法。
背景技术
随着微电子技术的发展，激光微细切割在行业中的应用越来越广，尤其是纳秒或其他窄脉宽的紫外激光器的应用越来越广泛，提升了微电子行业的工艺技术实现能力。
在实际的激光技术利用过程中，我们会遇到很多特殊特性的材料，该材料对激光的吸收存在较大的差异表现，切割的效果也会存在较大的差异或不适应性，材料本身对激光能量的吸收具有一定的E0值定值要求，即在激光单脉冲能量为E0时激光对材料的热影响区范围最小，材料切割断面平整、表面无变色、无翻边。但我们在实际的情况下，发现热塑性树脂材料特别是热塑性树脂材料的E0较小而普通纳秒紫外光的单脉冲能量E较高，利用普通纳秒紫外激光的切割效果较差，往往会出现切割端面不平整、表面变色、翻边的问题，基本难以满足切割要求，而这种不良的结果是由激光器脉冲的基本特性决定的，若要改善切割效果，需要更高端的皮秒或飞秒激光器，但存在增加成本和可能现阶段具有技术不稳定性的问题。
发明内容
针对以上缺陷，本发明的目的是提供一种改善纳秒脉宽紫外激光器切割的方法，该方法成本低、可靠性高，实现热塑性树脂材料切割端面平整、表面无变色、无翻边的要求。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种改善纳秒脉宽紫外激光器切割的方法，包括以下步骤：
在所述纳秒脉宽紫外激光器的激光输出方向上安装偏振片；
设置所述纳秒脉宽紫外激光器的电流I或激光脉冲重复频率f为定值；
调节所述纳秒脉宽紫外激光器的激光脉冲重复频率或电流，使得激光脉冲宽度Tpuls满足Tpuls≤Tpulsmax，Tpulsmax为满足热塑性树脂材料对激光能量吸收定值时Tpuls的最大值；
调节所述纳秒脉宽紫外激光器射出紫外光的光振动方向与所述偏振片偏振化方向之间的夹角α，使得E输出＝E0，其中E0为热塑性树脂材料对激光能量吸收的定值。
作为优选，设置所述纳秒脉宽紫外激光器的电流I为定值，调节所述激光脉冲重复频率f，使得激光脉冲宽度Tpuls满足Tpuls≤Tpulsmax。
作为优选，将所述电流I设置为I＝Imax，Imax为所述纳秒脉宽紫外激光器所能调节到的最大电流。
作为优选，调节所述激光脉冲重复频率f为f＝fmin，则激光脉冲宽度Tpuls＝Tpulsmin，其中fmin为所述纳秒脉宽紫外激光器所能调节到的最小激光脉冲重复频率，Tpulsmin为所述纳秒脉宽紫外激光器所能调节到的最小激光脉冲宽度。
作为优选，设置所述激光脉冲重复频率f为定值，调节所述电流I，使得激光脉冲宽度Tpuls满足Tpuls≤Tpulsmax。
作为优选，将所述激光脉冲重复频率f设置为f＝fmin，fmin为所述纳秒脉宽紫外激光器所能调节到的最小激光脉冲重复频率。
作为优选，调节所述电流I为I＝Imax，则激光脉冲宽度Tpuls＝Tpulsmin，其中Imax为所述纳秒脉宽紫外激光器所能调节到的最大电流，Tpulsmin为所述纳秒脉宽紫外激光器所能调节到的最小激光脉冲宽度。
作为优选，所述α的调节范围为0°～90°。
作为优先，所述热塑性树脂材料为聚碳酸酯或聚醚西亚胺。
采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：
由于本发明一种改善纳秒脉宽紫外激光器切割的方法，包括以下步骤：在纳秒脉宽紫外激光器的激光输出方向上安装偏振片；设置纳秒脉宽紫外激光器的电流I或激光脉冲重复频率f为定值；调节纳秒脉宽紫外激光器的激光脉冲重复频率或电流，使得激光脉冲宽度Tpuls满足Tpuls≤Tpulsmax，Tpulsmax为满足热塑性树脂材料对激光能量吸收定值时Tpuls的最大值；调节纳秒脉宽紫外激光器射出紫外光的光振动方向与偏振片偏振化方向之间的夹角α，使得E输出＝E0，其中E0为热塑性树脂材料对激光能量吸收的定值。通过调节纳秒脉宽紫外激光器射出紫外光的光振动方向和偏振片偏振化方向之间的夹角α，可以改变激光透过偏振片后单脉冲能量E输出的大小，最终使得E0＝E输出，从而在成本低、可靠性高的情况下，实现热塑性树脂材料切割端面平整、表面无变色、无翻边的要求。
由于将电流I设置为I＝Imax，Imax为纳秒脉宽紫外激光器所能调节到的最大电流，能够让工作介质获得更多且稳定的光激励。
由于调节激光脉冲重复频率f为f＝fmin，则激光脉冲宽度Tpuls＝Tpulsmin，其中fmin为纳秒脉宽紫外激光器所能调节到的最小激光脉冲重复频率，Tpulsmin为纳秒脉宽紫外激光器所能调节到的最小激光脉冲宽度。因此除了满足热塑性树脂材料对激光能量吸收的定值E0要求外，还满足更窄激光脉冲脉宽和较高的激光脉冲峰值功率的条件，实现激光对热塑性树脂材料最佳切割效果。
综上，本发明一种改善纳秒脉宽紫外激光器切割的方法解决了目前普通纳秒紫外激光无法满足热塑性树脂材料切割要求，且皮秒或飞秒激光器存在成本高、可靠性低的问题。本发明一种改善纳秒脉宽紫外激光器切割的方法，成本低、可靠性高，实现热塑性树脂材料切割端面平整、表面无变色、无翻边的要求。
附图说明
图1是本发明一种改善纳秒脉宽紫外激光器切割的方法的流程图；
图2是纳秒脉宽紫外激光器与偏振片的位置关系示意图；
图3是激光脉冲峰值功率、激光脉冲重复频率和电流的关系图；
图4是激光脉冲脉宽、激光脉冲重复频率和电流的关系图
图5是激光透过偏振片前的激光脉冲峰值功率图；
图6是激光透过偏振片后的激光脉冲峰值功率图；
图中：1-纳秒脉宽紫外激光器，2-偏振片，3-光振动方向，4-偏振片偏振化方向。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。
如图1和图2共同所示，一种改善纳秒脉宽紫外激光器切割的方法，包括以下步骤：
在纳秒脉宽紫外激光器1的激光输出方向上安装偏振片2；
设置纳秒脉宽紫外激光器1的电流I或激光脉冲重复频率f为定值；
调节纳秒脉宽紫外激光器1的激光脉冲重复频率或电流，使得激光脉冲宽度Tpuls满足Tpuls≤Tpulsmax，Tpulsmax为满足热塑性树脂材料对激光能量吸收定值时Tpuls的最大值；
调节纳秒脉宽紫外激光器1射出紫外光的光振动方向3与偏振片偏振化方向4之间的夹角α，由于E输出＝E输入(cosα)2，其中E输入为激光入射偏振片2前单脉冲能量，E输出为激光透过偏振片2后单脉冲能量，那么调节α，使得E输出＝E0，其中E0为热塑性树脂材料对激光能量吸收的定值。Tpulsmax和E0可以通过激光测试仪器测得。
此方法的具体实施方式为：
实施例一：
步骤一、在纳秒脉宽紫外激光器1的激光输出方向上安装偏振片2；
步骤二、设置纳秒脉宽紫外激光器1的电流I为定值，调节激光脉冲重复频率f，使得激光脉冲宽度Tpuls满足Tpuls≤Tpulsmax，在本实施例中优选将电流I设置为I＝Imax，Imax为纳秒脉宽紫外激光器1所能调节到的最大电流，能够让工作介质获得更多且稳定的光激励；
步骤三、由于在纳秒脉宽紫外激光器1中激光脉冲峰值功率Ppk、激光脉冲宽度Tpuls、激光脉冲重复频率f和电流I之间的关系如图3和图4所示，又因纳秒脉宽紫外激光器1输出的平均功率随激光脉冲重复频率f减小而变大，可以得出如下结论：
结论一：在电流一定的情况下，频率越低，脉宽越窄，平均功率越大；
结论二：在频率一定的情况下，电流越大，脉宽越窄，平均功率越大；
为了能够让工作介质获得更多且稳定的光激励，往往让激光器的泵浦源工作在满电流状态下，即往往工作电流I设为一定且最大。而在电流一定的情况下，根据结论一的规律，将激光脉冲重复频率f变小，则激光脉冲宽度Tpuls变窄，同时相应的纳秒脉宽紫外激光器1输出的平均功率变大。根据结论二在频率一定的情况下，将电流I变大，则激光脉冲宽度Tpuls变窄，同时相应的纳秒脉宽紫外激光器1输出的平均功率变大；
因此调节激光脉冲重复频率f为f＝fmin，则激光脉冲宽度Tpuls＝Tpulsmin，其中fmin为纳秒脉宽紫外激光器1所能调节到的最小激光脉冲重复频率，Tpulsmin为纳秒脉宽紫外激光器1所能调节到的最小激光脉冲宽度，因此除了满足热塑性树脂材料对激光能量吸收的定值E0要求外，还满足更窄激光脉冲脉宽和较高的激光脉冲峰值功率的条件，实现激光对热塑性树脂材料最佳切割效果，热塑性树脂材料为聚碳酸酯或聚醚西亚胺。
步骤四、由于从纳秒脉宽紫外激光器1射出的紫外光是一种线偏振光，如图5和图6所示，该激光透过偏振片2后的激光脉冲峰值功率Ppk输出功率满足公式Ppk输出＝Ppk输入(cosα)2，Ppk输入为激光透过偏振片2前的激光脉冲峰值功率，如图2所示，α为纳秒脉宽紫外激光器1射出紫外光的光振动方向3与偏振片偏振化方向4之间的夹角，α取值为0°～90°，由此可知E输出＝E输入(cosα)2，其中E输入为激光入射偏振片2前单脉冲能量，E输出为激光透过偏振片2后单脉冲能量，那么调节α，使得E输出＝E0，其中E0为热塑性树脂材料对激光能量吸收的定值，此时在激光单脉冲能量为E0时激光对热塑性树脂材料的热影响区范围最小，材料切割断面平整、表面无变色、无翻边。
实施例二：
本实施方式与实施例一基本相同，不同之处在于：
步骤二、设置激光脉冲重复频率f为定值，调节电流I，使得激光脉冲宽度Tpuls满足Tpuls≤Tpulsmax，在本实施例中优选，将激光脉冲重复频率f设置为f＝fmin，fmin为纳秒脉宽紫外激光器1所能调节到的最小激光脉冲重复频率；
步骤三、调节电流I为I＝Imax，则激光脉冲宽度Tpuls＝Tpulsmin，其中Imax为纳秒脉宽紫外激光器1所能调节到的最大电流，Tpulsmin为纳秒脉宽紫外激光器1所能调节到的最小激光脉冲宽度。
本发明一种改善纳秒脉宽紫外激光器切割的方法，通过调节纳秒脉宽紫外激光器1射出紫外光的光振动方向3和偏振片偏振化方向4之间的夹角α，可以改变激光透过偏振片2后单脉冲能量E输出的大小，最终使得E0＝E输出，从而在成本低、可靠性高的情况下，实现热塑性树脂材料切割端面平整、表面无变色、无翻边的要求。
本发明不局限于上述具体的实施方式，本领域的普通技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所做出的种种变换，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种改善纳秒脉宽紫外激光器切割的方法，其特征在于，包括以下步骤：
在所述纳秒脉宽紫外激光器的激光输出方向上安装偏振片；
设置所述纳秒脉宽紫外激光器的电流I或激光脉冲重复频率f为定值；
调节所述纳秒脉宽紫外激光器的激光脉冲重复频率或电流，使得激光脉冲宽度Tpuls满足Tpuls≤Tpulsmax，Tpulsmax为满足热塑性树脂材料对激光能量吸收定值时Tpuls的最大值；
调节所述纳秒脉宽紫外激光器射出紫外光的光振动方向与所述偏振片偏振化方向之间的夹角α，使得E输出＝E0，其中E0为热塑性树脂材料对激光能量吸收的定值。
2.根据权利要求1所述的一种改善纳秒脉宽紫外激光器切割的方法，其特征在于，设置所述纳秒脉宽紫外激光器的电流I为定值，调节所述激光脉冲重复频率f，使得激光脉冲宽度Tpuls满足Tpuls≤Tpulsmax。
3.根据权利要求2所述的一种改善纳秒脉宽紫外激光器切割的方法，其特征在于，将所述电流I设置为I＝Imax，Imax为所述纳秒脉宽紫外激光器所能调节到的最大电流。
4.根据权利要求3所述的一种改善纳秒脉宽紫外激光器切割的方法，其特征在于，调节所述激光脉冲重复频率f为f＝fmin，则激光脉冲宽度Tpuls＝Tpulsmin，其中fmin为所述纳秒脉宽紫外激光器所能调节到的最小激光脉冲重复频率，Tpulsmin为所述纳秒脉宽紫外激光器所能调节到的最小激光脉冲宽度。
5.根据权利要求1所述的一种改善纳秒脉宽紫外激光器切割的方法，其特征在于，设置所述激光脉冲重复频率f为定值，调节所述电流I，使得激光脉冲宽度Tpuls满足Tpuls≤Tpulsmax。
6.根据权利要求5所述的一种改善纳秒脉宽紫外激光器切割的方法，其特征在于，将所述激光脉冲重复频率f设置为f＝fmin，fmin为所述纳秒脉宽紫外激光器所能调节到的最小激光脉冲重复频率。
7.根据权利要求6所述的一种改善纳秒脉宽紫外激光器切割的方法，其特征在于，调节所述电流I为I＝Imax，则激光脉冲宽度Tpuls＝Tpulsmin，其中Imax为所述纳秒脉宽紫外激光器所能调节到的最大电流，Tpulsmin为所述纳秒脉宽紫外激光器所能调节到的最小激光脉冲宽度。
8.根据权利要求1至7任一项所述的一种改善纳秒脉宽紫外激光器切割的方法，其特征在于，所述α的调节范围为0°～90°。
9.根据权利要求1至7任一项所述的一种改善纳秒脉宽紫外激光器切割的方法，其特征在于，所述热塑性树脂材料为聚碳酸酯或聚醚西亚胺。
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