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深圳市瑞丰恒技发展有限司 深圳市瑞丰恒科技发展有限公司 2010年11月 商用工业级全固态半导体激光泵浦266nm深紫外激光器项目介绍 一、项目应用背景 国外现状 国内现状 二、 项目目标和意义 三、项目的技术指标 四、项目技术方案 基本结构框架 技术关键 技术及可行性分析 一、项目应用背景 激光材料处理及加工的原理是基于材料和工件对激光的吸收, 最终导致的激光对材料的破坏. 不难理解,激光的波长越短,光子的量子能量越大,在同样吸收情况下激光对材料的破坏就越强, 激光的材料处理及加工就越有效. 而且,绝大多数材料对激光的吸收在可见光到深紫外区随波长缩短而明显增加. 另外,同样光束质量及光斑尺寸的激光,聚焦点大小与波长成反比,因此要求越精密的加工,需要的激光波长越短.这就是激光加工领域不断追求紫外及深紫外激光的原因. 因此, 如果说今天的金属切割焊接和热处理等领域由高功率CO2激光主导,那么紫外和深紫外激光的应用将是明天的激光材料处理及精密加工技术的发展趋势. 激光材料处理及精密加工领域的核心技术在于激光器. 紫外激光器由于其研发和制作上的特殊难度因而更是核心中的关键. 目前国内外都使用三倍频和四倍频1064nm基频光的方法实现紫外及深紫外DPSS固体激光输出，进而进行激光精密加工等应用。因为波长更短的原因，通常在相同的光学系统条件下，使用266 nm的激光比355 nm 的激光所得到的光斑更小，脉宽更短, 而且热影响区域更小,加工过程更精确。应用发现，使用355 nm激光能够做到的，使用266 nm激光都同样能够做到，而且后者通常效果更好. 另一方面, 使用266 nm激光往往可以进行许多使用355 nm激光不能进行的加工。 紫外及深紫外激光在工业中的应用, 使得激光精密加工范围从金属材料拓展到陶瓷, 塑料, 玻璃,有机材料和生化材料, 半导体材料, 聚合物和其他特种材料等. 从技术上讲, 实现工业应用级266nm DPSS激光的技术要求更高. 国外现状 几年前国外已经研制成功了实用化、紧凑型全固态355nm 及266 nm深紫外光源。例如超过半数的(高端)紫外激光加工设备均采用美国相干Coherent和光谱物理公司的激光产品. 一向致力于开发高端前沿激光器的相干Coherent公司工业激光领域近几年的主打产品一直是紫外激光器. 目前Coherent 28W的355nm激光器已经投放市场; 10-20W的355nm激光器其他公司如Spectra-Physics,JDSU等都有销售;1-10W的355nm激光器国外的一些小公司也在致力研究开发并有所销售. 266nm深紫外激光器由于技术要求更高,虽然有几家公司都曾宣布几瓦甚至十几瓦的实验室报道, 以及国外某几个研究机构报道过几十瓦的266nm激光实验结果, 但目前只有Coherent等为数很少数的几家大公司有工业级的产品,比较可靠的是Coherent 的AVIA-266 3W级激光器. 能提供1-3W 266nm工业级激光器产品的公司也并不是很多. 现实情况是: 3W以上266nm激光器今后几年仍将是少数几家大公司争夺的市场,3W以下的中小功率266nm激光器由于仍将是应用领域中的主体,来自中小公司的竞争会增强; 随着制造业对加工工艺和质量要求的进一步提高,其对激光精密加工技术的依赖将越来越强, 266nm激光器的市场竞争无疑会越来越激烈. 国内现状 目前国内在355nm激光器方面已经有一些产品,功率集中在1-7W中低功率,如深圳瑞丰恒和深圳大族自主研究开发出的用于工业打标,刻划,快速成型等领域的355nm激光产品, 还有几家公司通过技术引进等也实现了5W左右的355nm激光器产品. 但中高端355nm紫外激光应用系统所使用的激光器仍主要依赖进口,而且高功率的紫外激光器某些型号仍受美国等的出口限制. 在266nm激光方面,国内还未有达到实用化的工业级、输出功率达到瓦量级的266 nm深紫外光源。激光应用系统使用的这种激光器几乎全部依赖进口. 二、项目目标和意义: 率先在国内推出工业级1-3W 266nm全固态深紫外激光器,实现有自主知识产权的国产高端266nm激光器,取代进口产品或摆脱进口受限制的困境,加速激光精密加工技术在国内制造业中的进展和应用,提升中国制造的技术附加值, 引领国内激光技术产业前沿。 三、项目的技术指标 1000mW 266nm 工业级全固态紫外激光器; 寿命工业级8000-10000小时。 四、技术方案 本项目将采用腔外四倍频方法实现266nm的紧凑型深紫外激光光源。其平均功率为1瓦以上量级，重复频率10～50000Hz