具有高科技含量的激光精细、精密加工技术是激光行业的科技发展目标之一。然而,目前在激光精细、精密加工业中仍沿用准分子激光器作紫外光源。准分子激光器输出的光束大而方,聚焦后光束质量差;其设备庞大、成本高;最大缺点是使用有毒气体作工作介质,不利于安全和环保。目前国内外都致力于用四倍频方法研制紧凑型深紫外固体激光器,把这种紫外光源安装到激光设备上,就可以方便地进行激光精密加工和标识。
例如,在对金、银等金属进行激光焊接时,由于其对1μm以上光束反射率极高,一般在98%以上,所以,目前市场上的激光焊接机(以Nd:YAG或CO2激光器为光源的)均不能对这些有光泽的金属直接焊接,而需做一些预处理,其工序多、强度大、效率低,不适合大生产要求。据文献报道,这些光泽金属则对266 nm深紫外光的吸收系数高达65%以上。如用266 nm深紫外光源,就便于实现激光直接焊接。例如,在焊接0.1mm厚度的太阳电池银质电极引线时,现有的激光焊接机均不能直接焊接,而将来研制成功了266 nm深紫外光源后,安装到激光设备上就可以很方便地解决这一难题,替代目前的手工压焊方法。另外,空间太阳电池板为防止宇宙射线辐射,需在表面上铺一层特种玻璃盖片,其厚度仅200μm,边缘部分需要异型精密切割。采用CO2激光器进行切割后,由于其10.6μm波长太长,发现切缝粗糙,达不到精度要求。而Nd:YAG激光切割机的波长对这种玻璃是透明的根本无法切割。所以,只有采用超短波长的266 nm深紫外光作光源,才能实现这种精度小于0.1μm的激光精密加工要求。同时,这种超短波长光源也适合在透明工件上进行激光精密标识的应用。不仅如此,在集成电路生产中其也有广泛的应用前景。
国外现状
国外已经研制成功了实用化、紧凑型266 nm深紫外光源,例如,美国Applied Material CO.采用LD阵列泵浦Nd:YAG晶体产生1064nm基频光,然后,通过四倍频方法输出波长为266nm连续激光,输出功率达到3W。德国研制的SpitLight600型氙灯泵浦266nm深紫外脉冲固体激光器,输出单脉冲能量为80mJ ,重复频率20Hz,脉冲宽度7ns ,光斑6.5mm。以上型号的光源均可以方便地安装到激光应用设备上,实现对透明工件或光泽金属的激光精密加工和标识。
国内现状
目前国内还未有达到实用化的、输出功率达到瓦量级的266 nm深紫外光源的研究成果报导。
国产倍频晶体的现状
国产倍频晶体完全达到了普及应用水平,紫外倍频的首选倍频晶体及器件其输出的最高功率预计可达到20W。
本项目采用腔外四倍频方法研制了一种输出波长为266nm的紧凑型深紫外光源。其平均功率达到瓦量级,经f-θ透镜组聚焦后,光斑直径小于20um,峰值功率达到10 kw,重复频率:10~1000Hz,脉冲宽度最大到毫秒量级。最后将研制成功的这种深紫外光源安装到激光切割机上,能对透明工件和光泽金属进行激光精密加工和激光标识。