实验六 连续半导体泵浦固体激光器应用技术实验.doc

实验六 连续半导体泵浦声光调Q固体激光器应用技术实验 （含激光刻蚀、标记、薄金属切割） 实验目的 掌握声光调Q YAG激光器外调制工作原理和方式。 掌握激光标记的工作原理和振镜工作原理、方式。 分析不同的激光参数对激光标记的影响。 掌握激光扫描系统的工作原理，理解激光加工的工作过程和实现方法，增强学生动手能力，自己设计图标，亲自操作控制设备完成整个雕刻过程。 实验原理 激光标刻是利用高功率密度的激光，在各种不同的物质表面产生光化学效应或表层物质蒸发，在物质表层留下永久性标记的方法。它与传统接触式方法相比，激光标刻是非接触式的，标记永久，可以对大批量生产的工件实行单个识别编号，可以有效地实现产品防伪。 按照激光器使用的光源不同，标刻机可分为CO2，YAG、准分子和大功率半导体、半导体泵浦固体激光器( DPSSL )及光纤激光打标机等几种类型。目前常见的有Nd:YAG和CO2激光器。随着技术的发展，新型激光源将更广泛地用于激光标刻系统中，从而促进激光标刻向轻型化、小型化方向发展。目前彩色标刻也成为新的发展方向。 CO2激光器激光波长为10.6μm，木制品、玻璃、聚合物和多数透明材料对其有很好的吸收效果，因而特别适合在非金属表面上进行标记。YAG激光器波长为1.06μm，其倍频光波长为532nm，产生的激光能被金属和绝大多数塑料很好地吸收，而且聚焦的光斑小，因而适合在金属等材料上进行高清晰度的标记。半导体泵浦的Nd:YAG激光器光束质量好，寿命长，优势明显。 激光标刻机按照标刻方式可分为扫描式和掩膜式两种。其中，扫描式又分为机械扫描和振镜扫描两种。 在振镜扫描式系统中，通常由两块分别由高精度伺服电机驱动的反射镜。计算机（PC）主要完成人机交互、图形绘制、编辑、文件管理、系统设置等非实时性的功能。在计算机上通过专用的打标控制软件输入设置需要标刻的文字及图样的大小，总的标刻面积，激光束的行走速度和需要重复的次数等标刻参数。控制器根据计算机给出的指令完成振镜及激光器的实时控制功能，即伺服电机在计算机的控制下分别转动两块反射镜的角度，激光器按照指令控制激光输出时机，激光束通过X和Y振镜的反射，由f－θ镜聚焦到工件的不同表面位置，形成高功率密度光斑，使表面瞬间气化，在表面刻蚀出一定深度的图案和文字。这样只需在计算机中输入的需要雕刻的图形和文字，激光便能按照要求雕刻到加工件表面。 在振镜标刻系统中我们采用特殊设计的f－θ透镜，它不同于一般的光学透镜，由两个或两个以上组合镜片构成，经过严格设计，聚焦后的实际像高比几何光学确定的理想像高小，并与扫描角θ成线性关系，使像高与扫描角满足关系式y= f·θ，实现等速扫描。 图6-1 振镜式扫描标刻原理图 图6-2 标刻原理图 激光振镜标刻系统具有标记速度快、连续工作稳定性好、定位精度和重复精度高等优点，广泛地应用于集成电路芯片、工业零件、航天航空、食品包装、烟草等众多领域的图形和文字的标记。它综合了激光技术、机械控制技术、电脑控制技术、光学变换技术等。学生通过实际操作，可以了解激光器如何与其它技术相结合，加深对激光应用的理解。 实验装置 图6-3 激光振镜标刻演示开发实验装置图 激光振镜标刻系统包括：1.连续半导体泵浦声光调Q倍频固体激光器；2.激光扩束镜；3.X－Y振镜及其支架；4.X－Y振镜电源和光路控制系统；5.F-θ透镜；6.声光电源；7.激光电源； 8.PC机；9.冷却循环水箱；10.净化电源。 实验内容 了解振镜和f－θ透镜的工作原理，观察激光器实现金属表面高速雕刻的现象。设计具有个性的图案，操作控制系统完成激光的表面的标刻。 实验步骤 1. 开启循环冷却水箱。 2．开启激光电源。 3．开启调Q电源。 4．调整激光器使其有绿色激光输出，并通过扩束镜和振镜、f－θ透镜，出射到加工平台上。 5．使激光系统处于长出光的状态（声光电源的面板状态如图6-4所示，面板上开关的位置分别是T-on/M1/INNER/200-5KHz）。找一块与待加工件厚度相仿的废标记件，佩戴激光防护镜调节升降台高度，直到聚焦点位于标记件的表面。在激光的照射下，通过防护镜可以看到标记件的表面有黄色的聚焦点，并且声音达到最大。 图6-4 调Q电源面板示意图 6．开启计算机电源之前，确定计算机机箱上已经接上工作加密狗，振镜系统的控制线已经分别与计算机机箱的接口和声光电源的控制接口相连。确定声光电源的面板上开关的位置分别是RUN/M1/INNER/200-5KHz。开启振镜电源。 7. 打开计算机，进入操作系统，点击振镜加工软件，调入所要雕刻的图形、文字，设定好相应的参数。 8. 佩戴激光防护镜，用鼠标按下标刻按钮，进行雕刻。 9. 雕刻完成，关闭软件、计算机、振镜电源。 10. 关闭激光电源、调Q电源，计算机。 11. 关闭