皮秒 & 飞秒光纤激光器

IPG Photonics提供绿光、红外和
中红外皮秒与飞秒光纤和光纤固体混合激光器。
超快光纤激光器用于各种医疗、科学和材料加工领域。
它们非常适合于精密微加工,
如加工半导体、 平板显示器和各种薄膜材料。

超快皮秒和飞秒光纤激光器 

现今对周期在10-11-10-13秒的超短脉冲的应用需求飞速增长。通常皮秒及飞秒光纤激光器,也就是我们所说的超快脉冲光纤激光器,主要利用啁啾脉冲放大技术。IPG的皮秒及飞秒光纤激光器配备了主振荡光纤功率放大器(MOFPA)结构,

 

尤其适合重复频率介于10 kHz- 数MHz之间,脉冲能量为若干µJ-~1 mJ的超快脉冲。非线性谐波延伸生成可见的UV脉冲。这种参数规格是进行微加工及许多其他应用的理想选择。

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近年来,超快脉冲激光器已广泛应用于科研、医疗手术、微加工等多种应用领域。为了明确与材料之间的交互反应,“超快”通常特指“能量吸收的非热条件”。“非热吸收“这一概念对于减少材料的热损伤,实现更小化,更精准的控制以及更精细的微加工而言至关重要。

在使用超快脉冲光纤激光器时,有两种条件可以实现能量从热吸收转向非热吸收:

1) 极高的瞬间峰值功率(MW级)形成多光子同步吸收,等效于一个可见光或是紫外线光子吸收所产生的能量。众所周知,相较于红外线激光器,较短波长的紫外线脉冲,即使是在纳秒极短脉冲下,吸收热量也会较少,这样材料就会形成冷消融,而非熔化或汽化。因此,皮秒及飞秒脉冲激光器能够在不需要生成紫外线的情况下,用红外线或绿光实现类似结果。

 

2) 脉冲周期变得比材料振动弛豫时间短。当能量沉积的速度快于能力从材料作用点消失,多光子冷吸收变得更有效率,同时减少散热。与纳秒激光器正好相反,在这种状态下,上升的脉冲能量将意味着更高的产能(材料清除率更高),而非使材料产生更多热能。

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如今,电子行业及半导体行业的产品持续小型化,这就需要我们在不断缩小机器体积的同时,确保加工的高度重复性、准确性、高精度、产能,以及加工不同材料的能力。在这一点上,超短快激光器相较于纳秒脉冲激光器拥有无以伦比的优势,即使其每瓦所消耗的成本更高。,随着IPG推出该类激光器产品线,超快脉冲光纤激光器在设计复杂性、易于操作性、灵活性、稳固性、可靠性及体积等方面均取得了长足进步。

 

IPG利用在脉冲光纤激光器领域积累的尖端技术及丰富经验,特别针对材料微加工研发了一系列超快光纤激光器。IPG光纤激光器的泵浦光源及元件的自身优势,实现最稳固,最高性价比的激光工具,适合工业需求,不仅解决了客户使用成本高的难题,同时还提高了性能的可靠性,因此正如所预期的那样,超短脉冲激光器在微加工行业中的应用得以迅速发展。

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超快脉冲激光器能够通过以下方式,提高加工区域材料的清除效率,减少周围非加工区域的热损伤:

  • 加大峰值功率,缩短脉冲周期,进一步提高通量(W/cm2
  • 使用聚焦度更好的光束(较低值M2),进一步提高通量
  • 使用更短的波长,进一步提高光束质量及吸收性能
  • 提高脉冲能量或脉冲重复频率,进一步提高激光器的平均功率,改善产能
  • 提高指向稳定性,确保加工质量始终如一

 

 

在实际操作中,需要特别注意调整光学参数及加工速度,以便实现与特定微加工应用相匹配的结果。如果参数设定不当,就不能获得高质量的加工成果,也不能实现预期产能。

得益于IPG上述的研究成果,IPG的激光器及激光系统能够在成本的基础上,实现高产能,极低热损伤。IPG皮秒及飞秒脉冲光纤激光器系列覆盖了最大范围的波长、输出功率及脉冲周期,客户可根据应用需要进行选择。

选择用于商业目的的微加工激光器应该是一项多方面的权衡:

  • 可接受的加工质量
  • 高产能
  • 操作简便
  • 投资成本及运营成本最小化

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在同时满足加工质量需求的前提下 ,对几种不同波长、不同平均功率及脉冲周期的激光器进行比较,通常波长1 µm,且脉冲周期最长,平均功率较高的激光器会表现出成本和产能的最佳结合。然而,某些特殊材料或是特殊加工工艺必须要用绿光激光器或紫外线飞秒激光器,在有水或是非金属/聚合物吸收剖面,还会用到掺铒或是掺铥超快脉冲激光器。

  通常在一项工艺发展或过渡到工业领域时,往往会进行多激光器同步测试,以确定最适合的激光器种类及最适合的参数设置。IPG在全球各地设有多个应用中心。这些应用中心均设有微加工工作站,并配有不同类型的纳秒及超快脉冲激光器。另外,IPG还有一支经验丰富、技术过硬的工程师团队,帮助您对激光器的应用进行验证。
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IPG提供波长范围从紫外线到中红外线脉冲激光器,可加工多种材料。红外线脉冲激光器有1、1.5及2 µm可供选择。通过外部非线性光学转换,还能产生绿光和 355 nm纳秒输出。

在皮秒及飞秒超快脉冲周期下,1.5 µm最大功率10 W,1.06 µm最大功率100 W,还有作为二次谐波源0.52 µm最大功率为5 W。飞秒脉冲激光器型号覆盖400-600 fs,皮秒脉冲范围为10 ps-1 ns。部分型号用户可调脉冲周期。重复频率10 kHz-3 MHz。如需了解更多信息,请联系IPG相关人员。

此外,IPG还推出了皮秒及飞秒中红外混合固体激光器:

Er:YAG 皮秒激光器 (1645 nm, 20 W, 100 - 500 ps)
Ho:YAG 皮秒激光器 (2090 nm, 20 W, 100 - 500 ps)
CLPF 皮秒模锁激光器 (固定或可调波长,中心波长 2400 nm,80 MHz,40-100 fs,6 W; 另有中心波长1200 nm可选)

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1 µm掺镱超快脉冲光纤激光器有多种型号,脉冲周期从400 fs 至 20ps不等。

1.5 µm掺铒光纤激光器及绿光超快脉冲光纤激光器脉冲周期为~500 fs。

如需更多信息,请联系IPG相关人员。

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皮秒及飞秒脉冲激光器的主要特点

波长选择范围广 脉冲能量不受脉冲重复频率影响
平均功率1-100 W 脉冲能量不受平均功率影响
脉冲重复频率10 kHz-3 MHz

光束质量持续稳定

稳定的光束指向 紧凑、高效

HLPP

ELPP-1645 Er:YAG 光纤晶体混合中红外皮秒激光器功率20w,波长1.645 μm。

 

ELPF 500 fs, 10W ELPP 100 - 500 ps, 20 W   

HLPP

HLPP-2090 Ho:YAG 混合中红外皮秒激光器功率 20 W ,波长 2.09 μm。

 

CLPF

CLPF 是光纤体块混合激光器,波长可选 2.1 - 2.6 μm 。

 

CLPF, 20-150 fs, 最高 6 W  
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