激光微加工系统3..

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激光微加工变焦系统的控制算法研究

激光微加工变焦系统的控制算法研究

的原理简单明了,便于实现 ,且加工精度较高。
直 线插补 偏差判 别 函数 :
F 挑 一 n () 1 若 ≥0 ,则 向+ x方 向进 给一 步 ,偏 差公 式为 A
Q 1 Ql2 )+ = + 【 + n
1 E一 Q+ ( = 2l 6 l )
+ l : 的偏 差为 :
变 统 掩 影 焦 改 模 的 系 变 投 大

程更 换掩 模 ,从 而保 证刻 蚀 出的微通 道 的宽度 和深 度准 确 。另外在 激光 波长 一定 的条件 下 ,制作 出更 加精 细 的掩 模版 是有 一定 难度 的 。变 焦距 物镜 用于
准分 子激光 加工 在技 术上 是一种 突破 。在 准分 子投
法 是每进 给一 步判 定一下加 工 点的位 置 ,根 据偏差 判 别式 的符号确 定 下一步 的进给 方 向。逐点 比较法
式 中 a ,C ,b 是任 意整 数或分数 ;P是 3,2 a b 和 c分母 的最小 公倍 数 , 有 a 3P 且 =a, b ,, P P  ̄c 。 - - 曲线插补 的比较判 别函数 的归纳 结果如 下 : 若 ≥0 向 进给 一步 ,新 的 Q、F值为 : ,
式偏 向于冷 加工 ,并且 加工 的分辨 率 也较其 它激 光 的分辨 率高¨ 。 J
各运动组份精准定位在最佳成像位置,从而实现高
分辨 率 的激光 加工 。
本 实验 室设 计 的用于 准分 子激 光微 加工 的变 焦 系统 ,首先对连续变化 的微流道边缘 线条进 行插补 运 算 ,其次把插补运算 的结果与投 影光 斑的尺 寸对应起 来 ,再将投影光斑尺寸 的变化 与变焦距 系统 的倍率 的 变化对应起来 ,最后根据倍率 的变化通过变焦 方程 计 算变焦系统 中变焦 组份相应 的位 移量和运动速 度 。工

激光加工光学系统

激光加工光学系统

激光加工机的光学系统--激光束传输.聚焦和观察系统激光基础知识1.1 激光的产生三要素:1.具有亚稳态能级的激活介质——激光工作物质;2.能量泵浦源——提供能量以实现粒子数反转;3.激光谐振腔——多次光放大维持激光振荡;1.2 激光光束的特性1)高光亮度——激光束发散角很小,光能量集中,光强度很高例如:太阳光亮度 3 x 102 W / (cm2.sr) ;气体激光器的光亮度106W / (cm2. sr);固体激光器的光亮度可达1011W / (cm2.sr);若进一步将激光束聚焦(空间上集中)或压缩脉冲宽度(时间上集中),则激光束更有极高的光亮度2)高方向性——由于谐振腔对光束方向的限制,激光束发散角很小。

例如He-Ne 激光器的发散角10-1 mrad; 固体激光器的发散角1-10 mrad(毫弧度)3)高单色性——激光的谱线宽度极窄——准单色光;若进一步采用稳频和选取单一纵模,更可大大压缩谱线宽度,可视为单波长。

4)高相干性——由于激光的谱线宽度极窄,传播中能产生相干的两点的时间间隔很大(时间相干性好);又激光发散角很小,方向性很高,激光束波前面内任意两点均相干(空间相干性好)1.3激光器的输出特性1)激光波长——激光器输出准单色光;不同激光器输出激光波长不同,材料吸收特性各不同;对不同材料用不同的激光来加工。

2)激光输出的能量和功率连续激光: 激光功率P = 激光能量/ 秒脉冲激光: 峰值功率P= 脉冲能量E / 脉冲宽度Tm脉冲激光: 平均功率P=脉冲能量E x 脉冲频率f3)激光束的空间分布特性——基模(TEM00)高斯光束——光场振幅按高斯函数分布;振幅值下降到1/e(=0.368)强度下降到中心强度1/e2 的光斑宽度定义为光斑半径;对应的全角宽度定义为光束发散角;为了改善发散角可用小孔选模,非稳腔选模,拉长谐振腔等方法高斯光束的参数:束腰;等相位面;发散角;基模多模基模与低阶模实际激光束的横模c.调Q 脉冲激光——用调Q 技术压缩脉宽(纳秒量级),提高激光的峰值功率(声光调Q 可达数百千瓦;电光调Q 可至兆瓦以上);d.超短脉冲激光——用锁模技术压缩脉宽到皮秒至飞秒量级,峰值功率达1012W, 可作很多精密微加工;4)激光束时间分布特性a.连续激光——以连续恒定的功率来描述;b. 普通脉冲激光——以脉冲宽度(毫秒量级).脉冲能量与脉冲频率来描述;激光焊接常用脉宽1-10ms, 能量1至数十焦尔;峰值功率数千瓦;打孔和切割常用脉宽0.1-2ms ,能量为0.5-20j ;峰值功率达万瓦5)激光束的偏振特性光波是横向电磁波,电矢量与磁矢量总是在相互垂直方向上,一般只讨论电矢量的方向。

三束加工的名词解释

三束加工的名词解释

三束加工的名词解释三束加工(triple-beam processing)是一种先进的制造技术,主要应用于材料加工和表面处理领域。

本文将从三束加工的定义、工作原理和应用前景等方面进行详细解释。

一、定义三束加工是指利用三束能量进行材料加工和表面处理的一种高效技术。

其中的三束指的是激光束、等离子束和电子束,它们通过相互作用实现对材料的微观形态和性质进行控制和改变。

二、工作原理三束加工系统由激光束发生器、等离子束发生器和电子束发生器组成,通过控制这三个能量束的频率、功率和时间等参数,实现对材料的加工和表面处理。

具体工作原理如下:1. 激光束:激光束通过高能量光子的作用产生瞬间高温,使材料表面迅速熔化或蒸发。

这种热源可用于雕刻、切割和钻孔等加工,也可用于表面深度改性和纳米结构调控。

2. 等离子束:等离子束是通过加速带电粒子产生的高速离子流。

当等离子束与材料表面相互作用时,会发生碰撞和电离,产生复杂的化学反应和能量传递。

这种能量束可用于表面硬化、合金沉积和陶瓷涂层等处理。

3. 电子束:电子束是通过加速带负电荷的电子产生的高速电子束流。

电子束与材料相互作用时,会发生电子与原子间的碰撞和电离,从而引起材料基因的改变。

电子束广泛应用于改性材料制备、电子雕刻和微纳加工等领域。

三、应用前景三束加工技术的出现,将会给传统的材料加工和表面处理带来革命性的改变。

其主要应用前景如下:1. 新材料研发:通过三束加工技术,可以精确控制材料的微观形态和晶体结构,从而实现新材料的研发和优化。

这对于改善材料的力学性能、导电性能和光学性能等方面具有重要意义。

2. 高效制造:三束加工技术具有高效、精确和可靠的特点,可以实现复杂零件的快速加工和表面处理。

在制造业中广泛应用该技术,将大大提高产品的质量和生产效率。

3. 环境友好:相比传统的化学涂层和腐蚀处理方法,三束加工技术更加环境友好。

它能够减少有害废气和废液的产生,同时还可以节约能源和原材料的使用,有利于可持续发展。

飞秒激光微纳加工技术在多种材料加工领域的应用

飞秒激光微纳加工技术在多种材料加工领域的应用

飞秒激光微纳加工技术在多种材料加工领域的应用1. 引言1.1 飞秒激光微纳加工技术概述飞秒激光微纳加工技术是一种基于飞秒激光的微纳米加工技术,其特点是在极短时间内(飞秒级别)完成材料的加工过程,具有高精度、低热影响区、无需后续加工等优点。

飞秒激光微纳加工技术通过聚焦激光光束在材料表面产生极高的局部能量密度,使材料在极短时间内产生非线性吸收或光离解效应,从而实现微纳米级的加工。

飞秒激光微纳加工技术在材料加工领域具有广泛的应用前景,可以用于金属、非金属、生物、光学、半导体等材料的加工。

随着激光技术和材料科学的不断发展,飞秒激光微纳加工技术将在高精度光学器件、生物医学器件、半导体器件等领域发挥越来越重要的作用。

飞秒激光微纳加工技术的发展离不开材料科学、光学技术、激光技术等多个学科的交叉融合,其应用前景非常广阔。

随着技术的不断进步和创新,飞秒激光微纳加工技术必将在未来取得更加广泛和深入的应用。

2. 正文2.1 飞秒激光微纳加工技术在金属材料加工领域的应用飞秒激光微纳加工技术在金属材料加工领域具有很广泛的应用前景。

飞秒激光可以实现高精度的加工,对于金属材料的微细加工非常适用。

飞秒激光可以在不损伤周围材料的情况下进行加工,因此可以避免出现热影响区和变质现象,保持加工件的完整性和质量。

飞秒激光加工速度快,效率高,可以大幅提升生产效率。

在金属材料加工领域,飞秒激光微纳加工技术被广泛应用于微孔加工、微槽加工、微纳米结构加工等领域。

飞秒激光可以用于制造微型零部件、微型器件和微型模具,广泛应用于微机械、精密仪器、光电子器件等领域。

飞秒激光还可以进行表面改性、激光打标等应用,为金属材料的功能性提升带来了新的可能性。

飞秒激光微纳加工技术在金属材料加工领域的应用前景十分广阔,将会为金属材料加工领域带来更多创新和发展机遇。

随着技术的不断进步和完善,相信飞秒激光在金属材料加工领域的应用将会得到进一步拓展和深化。

2.2 飞秒激光微纳加工技术在非金属材料加工领域的应用1. 陶瓷材料加工:飞秒激光可以在陶瓷材料上进行高精度的微纳加工,例如雕刻微小的凹坑、槽道等结构,可用于制作微型元器件、传感器等应用。

激光微纳加工技术研究

激光微纳加工技术研究

激光微纳加工技术研究一、激光微纳加工技术的定义激光微纳加工技术指的是通过激光技术对微纳米级尺度进行加工、制造、处理等操作的过程。

可以应用于材料的穿孔、切割、打孔、雕刻、清洗、成像等多种操作。

目前已被广泛应用于制作微电子、微机械、光电元件和生物医学等领域。

二、激光微纳加工技术的原理激光微纳加工技术的原理是利用激光在零点几纳秒到几百纳秒的极短时间内,将光能转化为物理和化学反应能使材料纳米级尺度上发生微小的、精密的、可控的改变,从而实现精密加工和制造。

三、激光微纳加工技术的分类根据激光所使用的波长、功率和参数不同,可以将激光微纳加工技术分为以下几类:1.紫外激光微纳加工技术:利用紫外激光对材料进行加工,可以实现高精度、高速度加工操作,适用于微电子和微机械领域。

2.红外激光微纳加工技术:利用红外激光对材料进行加工,可以实现高速、高效率加工操作,适用于光学和光电领域。

3.超快激光微纳加工技术:利用超快激光对材料进行加工,可以实现纳米级尺度的操作,适用于制造光电元件和微机械领域。

4.飞秒激光微纳加工技术:利用飞秒激光对材料进行加工,可以实现高精度、高速度操作,适用于生物医学、物理实验等领域。

四、激光微纳加工技术的应用领域激光微纳加工技术有着广泛的应用领域,如下:1.微电子制造:可以制造出快速计算机芯片等微电子器件。

2.微机械制造:可以制造出高精度的微型机械装置,如微机器人、微泵等。

3.光学元件制造:可以制造出高精度的光学元件,如镜头、反射镜等。

4.生物医学研究:可以制造出高精度的生物医学器材和药物控释系统。

5.材料制造和加工:可以制造出高强度、高耐磨损的材料,如合金材料、陶瓷材料等。

五、激光微纳加工技术存在的问题和发展趋势激光微纳加工技术虽然有着广泛的应用前景,但仍存在着以下几个问题:1.制程精度不够:由于光学系统设计和制造的不足,制程精度仍不够高。

2.加工效率有限:由于能量转换和光学系统的限制,加工效率有限。

飞秒激光微纳加工用途

飞秒激光微纳加工用途

飞秒激光微纳加工用途
飞秒激光微纳加工是一种高精度、高效率的微观加工技术,利用飞秒激光的特殊能量特性,可以对各种材料进行微细加工。

这种技术广泛应用于微纳电子、光学器件、生物医学、光子学等领域,在改善设备性能和提高产品质量方面发挥了巨大作用。

以下是飞秒激光微纳加工的主要用途:
1.微电子加工:飞秒激光可以用于制作微电子元器件,例如微型传感器、微电极和微通道等。

这种高精度加工技术可以提高电子元器件的性能和可靠性。

2.光学器件加工:飞秒激光可以用于制作微型光学器件,如光纤连接器、光波导和微型透镜等。

通过精确控制激光参数和加工条件,可以实现高精度和高质量的光学器件加工。

3.生物医学应用:飞秒激光微纳加工在生物医学领域有广泛应用。

可以通过飞秒激光实现细胞操作、组织修复和细胞杀伤等操作。

这种精确控制的加工技术在生物医学领域有着重要的应用前景。

4.材料改性和表面处理:飞秒激光可以用于材料表面的微纳改性和处理。

通过控制激光能量和作用时间,可以实现材料表面的微纳结构化、溅射和烧蚀等处理,从而改善材料的性能和表面特性。

5.光子学器件加工:飞秒激光可以用于制作微型光子学器件,如集成光路和微型光电子器件等。

这种高精度加工技术可以实现光子学器件的高集成度和高可靠性。

总的来说,飞秒激光微纳加工技术在微纳加工领域有着广泛的应用前景。

它具有高精度、高效率和可控性等优点,可以对各种材料进行精确加工和处理。

随着科学技术的不断发展,飞秒激光微纳加工技术在各个领域的应用将会越来越广泛。

应用于短脉冲激光加工的自动调焦系统

应用于短脉冲激光加工的自动调焦系统
p o e sn y tm. h o g t d i g t e h so c l b c g o n f te fc s d t t n a d p i cp e f o t a r c s ig s s e T r u h su y n h itr a a k r u d o h o u e e i n r i ls o pi l i c o n c
0 auigT c n lg n ntu nsTaj nvri , nMesr eh ooya dIsrme t, i i U iesy n nn t
Ta j 0 7 , hn ) ini 3 0 2 C ia n0
Ab ta t sr c :Ai d a ma e p o e sn c n lg a u ofc s gs s m sd sg e o a o s c n us a e me t i g rc s i gt h oo y, l a t o u i y t i e in d f r n -e o d p lels r e l n e n
c mp t r me h n c t c u e a d o t a y t m sd s e . h eai n h p b t e x e me t s l n o u e , c a ia sr t r n p i ls se i e i d T e r lt s i ewe n e p r n a r u t a d l u c n g o i l e s
Ke r s:a t o u i g a e c i ig;i g e g a i n ;i g e p o e sn y wo d u o fc s ;l rma hn n n s ma d e t ma rc s ig件的激光加工 , 同时 也很少有适用于短脉 冲激光微加工的 自动调焦 系统 。 为 了弥补实验室现有的纳秒脉冲激光加工 系统全靠人 眼调焦 的缺点 , 出 了基 于 C D的检测 方法 , 提 C 通过 图像 处

超快激光微纳加工技术

超快激光微纳加工技术

超快激光微纳加工技术一、引言超快激光微纳加工技术是一种新型的加工技术,其具有高精度、高效率、高质量等优势。

在微电子、生物医学、光学器件等领域中得到了广泛的应用。

本文将对超快激光微纳加工技术进行详细介绍。

二、超快激光微纳加工技术原理1. 超快激光的产生与特点超快激光是指脉冲宽度在飞秒级别以下的激光,其脉冲宽度一般为几十飞秒至几百飞秒。

超快激光的产生主要通过调Q技术实现,其具有高峰值功率和短脉冲宽度等特点。

2. 超快激光微纳加工原理超快激光微纳加工技术主要是利用超快激光与材料相互作用时所产生的非线性效应进行微细结构制造。

当超快激光照射到材料表面时,由于其短脉冲宽度和高峰值功率,会使材料表面的电子密度瞬间增加,从而引起材料的非线性光学效应。

这些效应包括多光子吸收、自聚焦、等离子体生成等,最终形成微细的结构。

三、超快激光微纳加工技术的应用1. 微电子领域超快激光微纳加工技术在微电子领域中得到了广泛的应用。

例如,可以利用超快激光制造高精度的微型电路板、传感器等。

2. 生物医学领域在生物医学领域中,超快激光微纳加工技术可以用于制造高精度的生物芯片、仿生器官等。

此外,还可以利用超快激光进行细胞切割和组织切割等操作。

3. 光学器件领域在光学器件领域中,超快激光微纳加工技术可以制造出高质量的反射镜、透镜等。

此外,还可以利用超快激光进行二次谐波产生和频率转换等操作。

四、超快激光微纳加工技术的发展趋势1. 提高加工精度和效率超快激光微纳加工技术的发展趋势是提高加工精度和效率。

目前,超快激光微纳加工技术的加工精度已经达到亚微米级别,但仍需要进一步提高。

2. 拓展应用领域超快激光微纳加工技术还可以在新材料、新器件等领域中得到拓展应用。

例如,在太阳能电池、柔性电子、量子计算等领域中都有广阔的应用前景。

3. 降低成本随着超快激光微纳加工技术的不断发展,其成本也逐渐降低。

今后,随着相关技术的不断完善和普及,其成本将进一步降低。

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ProMaster
规格 加工对象定位
– – – – 零件固定 直径80mm真空吸盘 XY移动 100×100mm XY分辨率 1mm XY重复定位精度 1-2 mm
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光束传输装置 Motion — 位移台 Laser — ATL准分子激光器 Vision — 双相机所见即所得 系统 Lens — 紫外微加工透镜 Software — ProcessPower 软件
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ProMaster
性能:
– ProMaster使用超短波长和ns级脉宽的紫外准分子激 光,确保对加工对象的最高峰值功率耦合。加工精 度可以达到mm量级,并且切口和热效应都极小。 – ProMaster使用掩膜投影来选定加工对象的加工区域。 从32个图案中选择合适图案,逐次重复,或移动 X,Y直接刻写复杂的图案。新的“智能光阑”选件 是将图案(圆形、三角形)与受程序控制的矩形光 阑结合,产生无限的组合图案,并存储在计算机里 作为“虚拟掩膜”来调用。
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MicroMaster
性能:
– 材料对紫外激光微加工具有最小的热影响区, 包括包括各种不同的聚合物,陶瓷,玻璃, 金属,薄膜。在248nm和193nm之间可以使 用光学转换套件。 – 加工典型特征值为5mm-2mm。掩模选择可以 通过32图案掩模板,和/或电动矩形光阑进 行。可以组合图案。复杂图案模式可以通过 控制激光发射和零件移动来实现。
MicroMaster
规格 激光
– – – – – – 波长 248nm(193nm可选) 脉冲能量 14mJ 在248nm(10mJ 在193nm) 重复频率 300Hz(500Hz可选) 脉宽5-6ns 光斑4×6mm 发散2×1mrad
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OPTEC准分子激光加工系统
OPTEC主要加工系统型号: MicroMaster ProMaster LSV3 MAS300 LightBench-Rx LAP2000 Processing Tools Laser Trimming Tools
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ProMaster
规格 光束传输
– 能量密度 0.5-5J/cm2,手动设置分级控制能 量密度。附加的内部聚光镜使用户自定义能 量密度范围 – 标准掩膜选择 线性电动32图案选择器,包括 圆形、方形和条纹的标准掩膜。用户自定义 的掩膜也可以使用 – 加工分辨率 <1.5mm – 视场 同轴视场,全屏放大为400X
微细加工( micro-fabricat ion) 起源于半导体制造工艺, 是指加 工尺度在微米级范围的加工方式, 在微机械研究领域中, 它是微米 级, 亚微米级乃至纳米级微细加工的通称。
– Microfabrication 微细加工(结构,功能,性能) – Micromachining 精细加工(尺寸精确,机械加工)
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MicroMaster
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11
MicroMaster
Mask — 掩膜 BDU —
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LSV3
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LSV3
特性和规格:
加工类型 LSV3 头部含数值孔径 0.2, 193nm 镜头, 同轴,照明及颜色聚焦。同轴视场。 黑色亚光处理,焊接钢框架,辉长岩基地, 桥形结构,蜂巢形光学控制台,光学滑轨。 兼容 ATL Atlex 或相干 Excistar XS 准分子激光。 AT4010 5-85%手动,外加闸门控制 动态系统镜面 机动掩膜选择 1.5mm 达 10J/cm2
3
激光微加工常用方法
photolithogr aphy
etching technology LIAG
漆胶
1.化学异向蚀刻
X射线曝光
光刻
2.离子束蚀刻
电铸成形
显影
3.激光蚀刻
注塑
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4
激光微加工
中北大学、四川 马尔斯等科研单 位光栅加工的常 规工艺
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MicroMaster
规格 加工对象定位
– – – – XY移动 200×200mm XY分辨率 1mm XY重复定位精度 1mm XY速度 40mm/s
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MicroMaster
特点:
– 激光光束亮度高且短脉冲 – 掩模投影缩倍由电脑控制,连续可变 – X,Y定位于刚性花岗岩上,线性驱动,分辨率为 1µ m – 机动焦点控制(沿Z轴) – 配有同轴和离轴相机,模式识别软件可选 – 功能全面的PcoessPower软件 – CAD/CAM界面 – 快速响应时间,易于操作的软件程序
区别于传统的激光加工
激光微加工区别于传统的激光焊接、切割、打孔、表面改性 等,包含范围非常广,能无限激发人的创造力。
微加工分类
微细加工方式十分丰富, 包含了各种现代特种加工, 高能束等 加工方式。而微机械制造过程又往往是多种加工方式的组合。目 前, 常用的有以下方法:
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MicroMaster
规格 光束传播
– – – – – 能量控制 5-95% 缩倍4-20 紫外光学分辨率 <1.5mm 焦距 25mm 目标能量密度 0.25-10J/cm2,使用光束汇聚选件可 达25J/cm2 – 视场 离轴40X,同轴150-500X由透镜缩倍决定
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ProMaster
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ProMaster
Laser —


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MicroMaster
性能
– 选择加工效果最佳缩倍( 4-20X ),全自动 (MicroMaster独有的特点) – 能量密度为0.25-10J/cm2,良好的软件程序辅 助选择最佳工艺参数。 – 光学分辨率1.5mm, – 材料和能量密度定义了
激光微加工系统
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激光微加工系统
激光微加工
准分子激光微加工 飞秒激光微加工
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2
激光微加工
微加工的概念
OPTEC专业使用准分子和脉冲激光设计
和搭建微加工系统。与ATL和GSI Lumonics密切合作超过15年,提供一切 系统组件,小型工作站,交钥匙工业应 用。 OPTEC提供一站式解决集成加工知识, 创新功能,客户定制和工业可靠性。 OPTEC的加工系统正在全球推行,他们 与合作正在密切合作。
6
激光微加工
准分子(Excier)微加工 – 准分子激光由于具有波长短(〈250nm) , 聚焦直径小, 功率谱密度高, 且属于冷光源等优点而成为最有前 途的激光源。准分子激光蚀刻技术是当前激光微细 加工最先进的技术之一。目前常用的有氟化氩准分 子激光和氯化氙准分子激光。. 飞秒(Femto)微加工 – 飞秒激光微加工是当今世界激光、光电行业中极为 引人注目的前沿研究方向。 – 因其具有能耗低,加工材料广泛,高精度,高质量, 高分辨率,对环境没有特殊要求,无污染等特点, 推动激光微加工向低成本,高可靠性,多用途,产 业化方向发展。
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MicroMaster
应用: 选择性的去除聚合物 微型钻孔/开槽 微铣削/表面结构。 3D结构,含透镜 薄金属膜图案。 OLEDs,微流体,传感器 聚合物-陶瓷-金属-无机材料
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ProMaster
规格 激光
– 波长 248nm(193nm可选) – 脉冲能量 14mJ 248(10mJ 193) – 重复频率 0-300Hz(500Hz可选),由软件 控制 – 脉宽5-6ns – 光斑4×6mm – 发散2×1mrad
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