被春药调教成性奴的校花

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            揭露激光脈沖參數補償偽命題

            揭露激光脈沖參數補償偽命題

            武漢銥科賽科技 張立國

            20180912

             

            一、 前言

            這段時間走訪大陸幾家軟板企業,客戶技術人員都提到進口紫外激光鉆孔機的脈沖能量可以做到單脈沖能量補償,并且深深迷信這一點,筆者深感無語。作為中國激光起源地武漢.中國光谷出來的華中科技大學激光重點實驗室激光專業科班出身的畢業生,作為在中國激光微加工涉足十多個行業摸爬滾打十多年的紫外激光應用實踐者,有必要寫一篇科普文章揭露此事。 

            二、 YAG紫外激光器和YVO4紫外激光器的區別

            首先外商軟板鉆孔機采用了YAG紫外激光器,但是目前紫外激光器占據市場絕對壟斷地位的是YVO4紫外激光器,YAG紫外激光器市場份額估計不到百分之一,因此先需要區分Nd:YVO4與Nd:YAG比較的優勢。

            YAG晶體,由于晶體上能級粒子壽命長,因此可以獲得脈沖能量,適合于做低頻(典型30KHz以下)大脈沖能量激光器,也對應適合于做大脈沖能量紫外激光器。這是YAG激光器的優勢。

            YVO4晶體,由于晶體上能級粒子壽命短,因此脈沖能量做不大,但是YVO4晶體相對YAG晶體,在808nm左右的泵浦帶寬,約為Nd:YAG的5倍,說明YVO4晶體對二極管泵浦源溫度波動相對不敏感,穩定性可以做到更好;在1064nm處的受激發射截面是Nd:YAG的3倍,說明YVO4泵浦閾值可以比較低,可以獲得更高功率,適合于高頻高功率激光器,當然,也對應了高頻高功率紫外激光器。

            再者,YVO4光損傷閾低,晶體相對不容易打壞,YAG紫外激光器晶體相對容易打壞;高斜率效率,說明泵浦效率高,諧振腔熱負荷會??;YVO4單軸軸晶體,輸出為線偏振,天然適合于非線性轉換,適合于做紫外諧波激光器,而YAG晶體是雙軸晶體,做紫外激光器還需要偏振片處理,激光功率天然損耗一半,想做到高功率水平,需要非常大的泵浦功率,激光晶體需要承受非常大的熱負荷,熱量大了,什么都來了,正如人高血壓后什么都來了一樣,修修補補。

            小結:高脈沖重復頻率的YAG紫外激光器,由于增益不夠,可以理解為激光器工作在閾值附近,激光脈沖就不穩定(表現在脈沖寬度、幅值、面積等不穩定),諧波轉換進一步加劇激光脈沖不穩定性,因此激光器很難在搞脈沖重復頻率下高穩定性工作;完全相反,高脈沖重復頻率的YVO4紫外激光器,由于增益足夠,非常適合于高頻高功率條件下穩定工作。 

            三、 激光脈沖參數

            激光脈沖,一般參數定義有:

            1. 激光脈沖寬度,脈沖包絡一半強度出的寬度(Full Width Hall Maximum),光電探頭測試即可。

            2. 脈沖幅值,這個一般用來測量脈沖能量穩定性,就是脈沖的高度值,光電探頭測試即可。

            3. 脈沖能量,它對應了激光脈沖包絡的面積,測試更為復雜。

            4. 脈沖能量穩定性   一般用RMS統計定義,對應絕對值波動,做的好的YVO4紫外激光器脈沖能量波動RMS實際值在1%,絕對值在8%以內;高頻YAG紫外激光器,一般做到±10%的波動范圍,甚至更大。 

            四、 激光脈沖參數監控補償多此一舉

            首先,激光脈沖參數監控很容易引入噪聲干擾,零點漂移,系統非常復雜,不是工業激光設備可以做到的,能夠做到也是擺樣子,沒有實用性。

            其次,如果監控脈沖寬度,脈沖高度就放過了;如果監控脈沖高度,脈沖寬度就被放過了,YAG紫外激光器由于高頻工作時候增益不夠,脈沖寬度和高度都在快速變化,因此這種監控根本不靠譜。

            再次,假設監控激光脈沖面積,即監控脈沖能量,請問具體如何測試?復雜程度超越想象,基本判定不可能在工業市場應用。

            還有,假設真穩定實現了測試激光脈沖能量,由于脈沖能量的波動是隨機的,測試了這個脈沖能量,下一個脈沖能量是多少根本無法預測,無法預測的東西如何補償?

            最后,換一個角度講,要做激光脈沖參數補償,無外乎是為了穩定激光微加工,那么請問,即使把脈沖能量補償好了,脈寬變化和高度變化不能補償,激光峰值功率沒有補償,激光微加工有效光斑沒有補償,激光微加工最終效果就沒有補償。

            聲光器件是可以做到單脈沖控制,這個是幾十年的老技術了,很多領域在用,但是從來沒有用這個技術實現提高脈沖參數穩定性的工業案例,但是拿這個忽悠不專業的客戶,實在無語。

            總之,激光脈沖參數監控補償,補償什么參數,如何補償,效果如何?這是一個典型偽命題。 

            五、 激光鉆孔機臺面激光功率調整方案

            目前紫外激光鉆孔機臺面功率調整有三種方案:

            1. 采用聲光偏轉器AOD改變衍射效率,改變臺面激光功率,激光功率測量手段依然是激光功率計;

            2. 采用玻片改變激光偏振態,從而改變偏振片的激光透射比例,從而改變激光設備臺面功率大小,激光功率測量手段依然是激光功率計;

            3. 采用激光功率控制因子直接改變激光器功率輸出,從而改變激光設備臺面功率大小,激光功率測量手段依然是激光功率計。

            其中,調整激光功率大小的快慢,1和3選項是一樣的,2是電機調整,要慢一些。但是請注意,激光功率測量手段依然是激光功率計,激光功率計有響應時間,因此,調整激光功率并最終確認的快慢,其實都差不多,由激光功率計響應時間決定,AOD再好,在這里還是慢慢等激光功率計測量。當然可以采用光電管測量激光功率,但是那個作為工業設備的測量手段不靠譜,筆者不認可。 

            六、 聲光偏轉器AOD擔任激光的光開關

            對于YAG激光器,特別是50KHz以上高脈沖重復頻率的YAG紫外器,激光諧振腔內部熱負荷非常大,一般都采用了激光長出光工作模式,激光器晶體壽命放在次要地位考慮,先考慮激光出光穩定性。聲光偏轉器AOD確實可以控制到每一個激光脈沖的外部開關,這個在皮秒激光器領域早就是異常成熟的技術,激光脈沖供選擇是聲光器件一個重要應用市場,只要愿意,誰都可以加一個聲光調制器作為激光器得外部光開關,這個真沒有任何技術難度,純屬成熟應用。不過,對于YAG紫外激光器而言,可能真需要這樣一個外部光開關才好用,只不過,這是幾十年前的技術方案。

            但是對于YVO4紫外激光器,完全可以不需要外部光開關,就可以做到極好的出光響應。

            總之,采用了AOD作為激光外部光開關,不是優勢,是為了彌補YAG紫外激光器的一些工作缺陷而設置,YVO4紫外激光器不需要這些外部光開關。僅此而已,請不要忽悠客戶,把缺點說成優點。 

            七、 總結

            1、 不要忽悠客戶,說可以做到脈沖參數,特別是脈沖能量補償;即使能夠補償,也補償不了微加工效果。

            2、 不要忽悠客戶,AOD可以作為YAG紫外激光器外光光開關,那只是彌補YAG紫外激光器得不足,YVO4激光器不需要這個。


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