天孚通信-激光加工技术在光通信产品领域的应用与探讨

光纤在线编辑部  2018-12-26 15:07:10  文章来源原文转载  

导读


1  激光加工技术概述
激光加工技术即是利用高功率高密度高方向性高单色性高相干性的激光束作用在待加工材料或零件上产生相互作用的过程按照加工类型一般可分为如下几种

激光加工技术的优点主要总结为如下几个方面
非接触式加工
能量集中热影响区域小待加工材料或零件的形变小
激光束易于聚焦导向可自动化程度高
加工稳定性好效率高

2激光加工系统中激光器的分类
激光加工系统中最核心的组成部分即是激光器可以按照激励类型工作波长工作介质等多个维度进行划分
  1气体激光器介质是气体的激光器此种激光器通过放电得到激发
激光器简介CO2激光器工作波长10600nm
工作原理?#26680;?#20197;CO2气体作为工作媒介它的工作过?#35752;?#35201;是将CO2气体和其它辅助类气体一同充入放电管然后在电极上放上高压这时放电管将会通过辉光放电从而激发气体产生波长为1064um的激光

典型应用适用于非金属玻璃含光纤等材料的加工
  
  2固体激光器工作介质是在作为基质材料的晶体或玻璃中均匀掺入少量激活离?#21360;?#22266;体激光器输出峰值功率可以很高光束质量好性噪比高
激光器简介
Nd: YAG激光器最常用的固体激光器工作波长一般为1064nm
Nd: YVO4激光器 低功率应用最广泛的固体激光器工作波长一般为1064nm可以通过KTPLBO非线性晶体倍频后产生532nm绿光的激光器

典型应用适用于金属塑料等材料的加工

  3光纤激光器采用光纤作为激光介质的激光器
激光器简介稀土掺杂光纤激光器
工作原理将激光介?#39318;Z上?#38271;的光纤形状有效增大了表面积有利于散热问题的解决

典型应用低功率激光打标激光雕刻高功率重金属切割激光焊接

3  激光加工的选型及核心技术要素
  1波长不同材料对波长的吸收能力也不同因此我们需要根据待加工材料的类型来选择对应吸收能力波长的激光器
红外系列1064nmor1053nm: 金属塑料聚碳酸酯酚醛塑料ABS,氧化/着色等材料
绿光系列532nmor 527nm: 高反光金属铜/黄铜陶器箔片塑料硅合成物等材料
紫外/深紫外系列355351266263nm: 玻璃组织材料 尼龙聚乙烯等塑料品
CO2系列10600nm: 玻璃含光纤橡胶皮革纸板PVC等材料
2000nm波长系列利用水分子对2um波长的激光有很强的吸收激光对皮肤组织的穿?#24178;?#24230;?#24120;?#22240;此2um波长的高功率激光非常适合应用于微?#35789;?#26415;

  2光束质量激光加工是一个热效应的过程激光束的能量集中在加工材料的靶区范围内材料吸收能量完成加工过程而激光光束是一种非均匀高斯球面波因此激光光束空间能量分布形状会直接影响到待加工材料的焦斑总能量情况也就是影响到加工质量

  3功率亮度顾名思义就是激光输出的能量会直接影响到加工的深度或强度等因素

4  激光加工在光通信产品光器件领域的应用
  1激光焊接在OSA产品中的激光焊接应用最为典型的也已经成为行业的标准流程相比较于粘胶和电阻焊工艺激光焊接技术的优势是毋庸置疑的
   

  2激光切割利用CO2激光器对连接器件的光纤进行切割加工代替传统的研磨工艺这在数据中心多模短距光模块的应用中也已经越来?#28966;?#27867;虽然目前激光加工精度还无法比拟研磨工艺但其低加工成本灵活的切割角度调整以及避免了研磨工艺造成的光纤端面污染问题是其吸引力所在

  3激光表面处理利用激光对待加工材质表面进行处理可以获得改性打磨去除等多?#20013;?#26524;
改性处理获得熔化气化光化学反应化学气相沉积等效果例如利用淬火效果可?#28304;?#24133;增加材质的耐磨性抗腐蚀抗氧化等能力
打磨例如对材料表面进行粗糙化处理增加材料与?#26680;?#20043;间的粘结效果
去除激光清洁等
 
  4其他应用包括激光打标激光成型等

5  激光加工技术在光通信产品应用前景探讨
光通信领域市场对通信带宽的需求呈几何倍数逐年增长随之推动延伸出诸多新技术这些技术从理论化到产品化以?#30333;?#32456;商业化的过程需要配套加工技术更新换代的推动我们不妨探究如下几个应用层面
 
 1超短脉冲激光器的应用
超短脉冲激光器可以实现激光冷加工如我们前面介绍的常规的激光加工技术都会产生不可避免的热效应引起材料变形例如光纤切割过程就会造成光纤截断面的形变而超短脉冲激光器的特点如下这对于我们降低加工材料的面型畸变无疑是一个很好的解决途径

加工的无热影响脉冲?#20013;?#26102;间大于10ps的传统激光与材料作用时热过?#25506;?#36215;到主要作用脉冲?#20013;?#26102;间小于10ps的超快激光由于脉冲?#20013;?#26102;间只有皮秒飞秒量级远小于材料中受激电子通过转移转化等形式的能量释放时间能量来不及释放该脉冲已经结束避免了能量的转移转化以及热量的存在和热扩散实现了真正意义上的激光冷加工

  2硅光集成耦合用特种光纤
包括楔形光纤锥形光纤等的加工目前仍主要以研磨工艺为主工艺复杂成本高如果能够利用激光加工技术解决面型畸变那么将会有很大的适用潜力
   
  3透镜光纤
目前无论在光模块应用中无论是塑料Lens玻璃Lens还是硅Lens?#21152;?#30528;大量应用目?#25353;?#22810;透镜光纤仍然使用熔融拉锥和机械加工的方式如果Lensed Fiber的加工成本能够大幅降低那么在很多应用场景中就可以降低整个封装器件的数量和成本激光加工或许是一条可?#26032;?#24452;
   
  4其他应用包括光波导加工光栅加工及晶圆加工过程等
 
总结相较于包括消费电子工业应用等行业在内光通信行业尤其是细分到光器件行业无疑是一个小众领域但光器件产品生产过?#35752;?#21448;大多属于劳动密集型产业多关注其他领域和行业的新技术应用例如包括激光加工在内的先进加工工程这些无疑会对光器件产品提升质量稳定性?#20013;?#38477;本提供强大推动力
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