盘点二氧化炭激光器的那些优势

文章来源: 人气:701 发表时间:2018-01-15

尽管拥有这些长期优势,但是 CO2 激光器已经在一些方面遭遇挑战。光纤激光器和量子级联激光器已经扩展到了很多之前由 CO2 激光器主导的应用领域。

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  在工业应用中,高功率光纤激光器能提供更高的效率、其能量能被金属材料更好地吸收,并且更加具有成本优势。然而,CO2 激光器仍然是加工很多非金属材料的唯一方式,因为这些材料不能吸收光纤激光器的近红外波长。

  量子级联激光器能产生 2~12μm范围的波长,并且体积更加紧凑,已成为光谱学应用中的一个重要工具。然而,许多位于 8~12μm 长波红外波段的传感、光谱敏感的工业和医疗应用,需要更高的功率、更好的光谱纯度、极好的相干性和稳定的空间模式,这些只有 CO2 激光器可以实现。

  除了技术上的挑战,中国不断扩张的激光产业也导致价格越来越低。标准的 CO2 激光器正迅速商品化,进入门槛和利润都急速下降。三年前,中国公司购买美国制造的 30W CO2激光器需要 4500 美元 ;而现在,国产 CO2 激光器进入市场,将价格拉低到 2000 美元。能提供功率从几瓦到上万瓦的 CO2 激光器系列,这也使得 CO2 激光器在塑料加工厂、牙科诊所、手机装配线等领域获得了广泛应用。

  尽管 CO2 激光器作为“对所有用途一刀切解决方案”的竞争方式已经结束,但是随着新材料加工的涌现,以及日益严格的工业和科研加工要求,这些均需要新的专用激光器,需要对激光器真正的价值主张有更深的技术理解,需要一种完全不同的方式制造并推广 CO2 激光器。CO2 激光器正在应对这些新的挑战。

  在制造方面,这种新的模式需要调整 CO2 激光器的各种指标,密切配合客户的特定需求。在市场方面,从之前的平均功率和“按瓦论价”的价值主张,转变为客户定制化解决方案,根据特定的材料和应用需要,设计激光器的脉冲形状、峰值功率、专用波长和工作稳定性。

   在尝试拓展摩尔定律时,CO2 激光器被认为是通过激光生成等离子体(LPP)产生极紫外(EUV)辐射的最佳工具。这种 13.5nm 的 EUV 光是通过蒸发锡的熔融液滴产生的。针对这项应用也测试了 Nd:YAG 等其他激光器,结果表明它们在产生更高速、高质量等离子体属性的光学薄羽流方面,效率更低,这是因为锡对 CO2 激光器照射具有更高的反射率。

  为了产生 EUV 光,CO2 激光器需要提供一连串波长 10.6μm、光学质量近乎完美、高速且完全相同的脉冲,具有半导体行业所要求的清洁度、精确度和可重复性。

  为了满足这些严格的要求,用于EUV 的 CO2 激光器从原材料处理到最终测试的所有工序,都完全在 ISO Class 7 级别的洁净室内进行。每台激光器都通过 12 小时的连续开机测试,完全符合测试规格,因为任何偏差都可能导致数千枚半导体芯片的失败。

     在与激光干涉引力波天文台引力波探测机构长达十几年的项目合作中,我们提供了关键技术来协助验证引力波的存在。虽然爱因斯坦在很早之前就已经预测了引力波的存在,但它们的理论信号太小,以至于他怀疑是否能建立具备足够高灵敏度的装置,进而探测到如此微小的宇宙杂音。

 的科学家遇到了一个非常特殊的问题。任何光子被干涉仪光学器件吸收,即便是三百三十万分之一,都会使光学元件畸变,并且产生的热噪声足以覆盖他们需要探测的信号。虽然LIGO 设计的光学器件已经考虑到了热畸变因素,但在探测时,他们需要实时的微调来匹配主光束的功率和每个光学器件的个体差异。

  CO2 激光器是微调光学元件的合理方案,因为其光束可以被 LIGO 光学元件高度吸收,并且能提供很高的光谱纯度和功率稳定性。如果没有这些,他们的测量系统会增加很多噪声。

  为满足精确的专用需求,我们开发了单波长稳定的CO2 激光器,适用于实时自适应系统中的精密控制回路,可以精确补偿主工作光束热效应造成的光学元件畸变。当热畸变补偿不足时,CO2 激光器光束整形为环状提供额外补偿(过热纠正);当补偿过度时, CO2 激光器光束整形为在光学元件中心像盘子样的圆斑,来削弱补偿(欠热纠正)。


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