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光纖激光器中調(diào)Q技術(shù)與MOPA技術(shù)的區(qū)別
目前市面上應(yīng)用于激光打標(biāo)的脈沖光纖激光器類型主要包括有調(diào)Q技術(shù)和MOPA技術(shù)這兩種類型。MOPA(主控振蕩器的功率放大器 Master Oscillator Power-Amplifier)激光器是指由激光振蕩器與放大器級(jí)聯(lián)的一種激光器結(jié)構(gòu)。而在工業(yè)界,MOPA激光器指代由電脈沖驅(qū)動(dòng)的半導(dǎo)體激光種子源和光纖放大器構(gòu)成的一種獨(dú)特的,更為“智能化”的納秒脈沖光纖激光器。其“智能化”主要體現(xiàn)在輸出脈沖寬度獨(dú)立可調(diào)(范圍可到2ns-500ns),且重復(fù)頻率可高達(dá)兆赫茲。調(diào)Q光纖激光器的種子源結(jié)構(gòu)是在光纖振蕩腔內(nèi)插入損耗調(diào)制器,通過周期性地調(diào)制諧振腔內(nèi)的光損耗而產(chǎn)生一定脈寬的納秒脈沖光輸出。對(duì)于這個(gè)常常困擾大家的問題,我們將從激光器內(nèi)部結(jié)構(gòu)、輸出光學(xué)參數(shù)及應(yīng)用場(chǎng)景三方面做個(gè)簡(jiǎn)單解析。
激光器內(nèi)部結(jié)構(gòu)
MOPA光纖激光器和調(diào)Q光纖激光器內(nèi)部結(jié)構(gòu)差異主要在于脈沖種子光信號(hào)的產(chǎn)生方式不同。MOPA光纖激光器脈沖種子光信號(hào)是由電脈沖驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光芯片產(chǎn)生,即通過驅(qū)動(dòng)電信號(hào)調(diào)制輸出光信號(hào),因此對(duì)于產(chǎn)生不同的脈沖參數(shù)(脈寬、重復(fù)頻率、脈沖波形以及功率等)有很強(qiáng)的靈活性。調(diào)Q光纖激光器的脈沖種子光信號(hào)是通過周期性地增大或降低諧振腔內(nèi)的光損耗而產(chǎn)生脈沖光輸出,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,更具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)。但受調(diào)Q器件等影響,脈沖參數(shù)有一定的限制。
MOPA光纖激光器和調(diào)Q光纖激光器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理示意圖如下:
MOPA和調(diào)Q光纖激光器結(jié)構(gòu)原理示意圖
輸出光學(xué)參數(shù)
MOPA 光纖 激光器輸出脈沖寬度獨(dú)立可調(diào) 。MOPA光纖激光器的脈沖寬度具有任意可調(diào)諧性(范圍為2ns~500 ns)。脈寬越窄,熱影響區(qū)域越小,可以得到更高的加工精度。調(diào)Q光纖激光器輸出脈寬不可調(diào),脈寬一般輸出在80 ns~140 ns某一固定值不變。MOPA 光纖激光器重復(fù)頻率范圍更寬。 MOPA激光器重頻可達(dá)到MHz的高頻輸出。高重頻意味著高加工效率,且MOPA在高重頻條件下仍能保持高峰值功率特性。調(diào)Q光纖激光因受限于Q開關(guān)的工作條件,輸出頻率區(qū)間較窄,高頻僅可達(dá)到~100 kHz。
MOPA光纖激光器與調(diào)Q光纖激光器光學(xué)參數(shù)對(duì)比
應(yīng)用場(chǎng)景
MOPA光纖激光器參數(shù)調(diào)節(jié)范圍廣,因此,除了可以覆蓋常規(guī)的納秒激光器的加工應(yīng)用外,還可以利用其特有的 窄脈寬、 高重頻、高峰值功率來實(shí)現(xiàn)一些獨(dú)特的精密加工應(yīng)用。比如:
氧化鋁薄板表面剝除應(yīng)用
現(xiàn)在的的電子產(chǎn)品越做越輕薄,許多的手機(jī)、平板、電腦都采用了輕薄的氧化鋁作為產(chǎn)品的外殼。使用調(diào)Q激光器在薄鋁板上打標(biāo)導(dǎo)電位時(shí),容易導(dǎo)致材料變形,背面產(chǎn)生“凸包”,直接影響了外觀的美觀性。而采用MOPA激光器較小脈寬的參數(shù),即能使得材料不易變形,底紋也更加細(xì)膩亮白。這是由于MOPA激光器使用了小脈寬參數(shù)能讓激光停留在材料的時(shí)間變得更短一些,而且又有足夠高的能量可以清除陽極層,所以對(duì)于薄氧化鋁板表面剝除陽極的加工,MOPA激光器是更佳的選擇。
陽極氧化鋁打黑應(yīng)用
使用激光在陽極氧化鋁材料表面標(biāo)刻出黑色的商標(biāo)、型號(hào)、文字等,這種應(yīng)用在最近兩年中逐漸被蘋果、華為、中興、聯(lián)想、魅族等電子廠商廣泛的用于電子產(chǎn)品的外殼上,用于標(biāo)刻黑色印記的商標(biāo)、型號(hào)等。而對(duì)于這類應(yīng)用,目前都只有MOPA激光器可以對(duì)其加工。由于MOPA激光器擁有寬廣的脈沖寬度和脈沖頻率調(diào)節(jié)范圍,采用窄脈寬、高頻率的參數(shù)可以在材料表面打標(biāo)出黑色的效果,通過不同的參數(shù)組合還可以打標(biāo)出不同灰度的效果。
彩色激光打標(biāo)
彩色激光打標(biāo)是新型的激光打標(biāo)工藝。目前這項(xiàng)技術(shù)暫時(shí)只有MOPA激光器在不銹鋼、鉻、鈦等金屬材料上打標(biāo)出彩色圖案。在對(duì)不銹鋼 材料打彩色時(shí),可以通過調(diào)整激光束來改變材料的表面層的顏色變化,從而獲得色彩不同的裝飾效果,對(duì)不銹鋼制品行業(yè)來說,可添加標(biāo)記圖案的色彩,可隨心所欲編輯各種文字圖案,方便易操作:環(huán)保無污染;標(biāo)記速度快,可大幅面提升不銹鋼制品的產(chǎn)品附加值,增強(qiáng)不銹鋼制品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。為產(chǎn)品增加附加值。
電子、半導(dǎo)體、ITO精密加工應(yīng)用
在電子、半導(dǎo)體以及ITO等精密加工中,很多時(shí)候需要用到精細(xì)的劃線應(yīng)用。調(diào)Q激光器由于它的本身架構(gòu)原因,無法調(diào)節(jié)脈寬參數(shù),所以劃的線難以做到精細(xì)。而MOPA激光器由于可以靈活的調(diào)節(jié)脈寬、頻率參數(shù),不僅可以使得劃的線精細(xì),而且邊緣顯得平滑不會(huì)粗糙。
總的來說,MOPA光纖激光器脈寬和頻率獨(dú)立可調(diào),且調(diào)節(jié)參數(shù)范圍大,因此加工精細(xì),熱效應(yīng)低,在氧化鋁薄板標(biāo)刻、陽極氧化鋁打黑、不銹鋼打彩等方面優(yōu)勢(shì)突出,可以實(shí)現(xiàn)調(diào)Q光纖激光器所不能達(dá)到的效果。而調(diào)Q光纖激光器特點(diǎn)在于標(biāo)刻力度較強(qiáng),在金屬的深雕加工中有一定的優(yōu)勢(shì),但標(biāo)刻效果較為粗糙。在常見的標(biāo)刻應(yīng)用領(lǐng)域中,MOPA脈沖光纖激光器與調(diào)Q光纖激光器相比較,其主要特點(diǎn)如下表所示。用戶可根據(jù)對(duì)標(biāo)刻材料和效果的實(shí)際需要,正確選用合適的激光器。
應(yīng)用名稱 | 調(diào)Q激光器 | MOPA激光器 |
氧化鋁薄板表面剝除 | 基材易變形、形成凸包、底紋粗糙 | 采用小脈寬、熱殘留小、基材不變形,底紋細(xì)膩亮白 |
陽極氧化鋁打黑 | 僅可有限度的質(zhì)量打灰 | 通過廣域的參數(shù)設(shè)置,可以打標(biāo)出不同深淺的打灰打黑黑處理 |
金屬深雕 | 力度大、適合深雕、底紋粗糙 | 雕刻深度較弱、但底紋細(xì)膩、錐度小、可做亮白處理 |
不銹鋼打色彩 | 需要離焦,效果較難調(diào) | 可通過調(diào)節(jié)脈寬和頻率組合打出各種色彩 |
ABS等塑料加工 | 效果易發(fā)黃,手感重、速度快 | 無手感,不易發(fā)黃、加工細(xì)膩 |
透光塑料按鍵剝漆 | 較難清除干凈 | 易于清除干凈、邊緣輪廓清晰、透光性更好、效率高 |
PCB板標(biāo)刻條形碼、二維碼 | 單脈沖能量高、但環(huán)氧樹脂對(duì)激光能量比較敏感 | 采用小脈寬、中等頻率、條碼、二維碼更清晰、不易去除且容易掃描 |
MOPA激光打標(biāo)機(jī)的性能特點(diǎn)
MOPA激光打標(biāo)機(jī)(鋁打黑激光打標(biāo)機(jī),彩色激光打標(biāo)機(jī))屬于激光打標(biāo)機(jī)類別,MOPA激光打標(biāo)機(jī)采用直接電調(diào)制半導(dǎo)體激光器作為種子源(MOPA)方案的光纖激光器,與調(diào)Q光纖激光器相比,MOPA 光纖激光器脈沖頻率和脈沖寬度是獨(dú)立可控的,通過兩項(xiàng)激光參數(shù)調(diào)整搭配,經(jīng)高速掃描振鏡系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)恒定的高峰值功率輸出以及能適用于更廣泛的標(biāo)刻基材。具有高質(zhì)量的激光束,使用成本低廉,十萬小時(shí)免維護(hù),適用于氧化鋁打黑、304不銹鋼打彩、剝陽極、剝涂層、半導(dǎo)體及電子行業(yè)、塑料以及其他敏感材料打標(biāo)和PVC塑料管材行業(yè),標(biāo)記出來的圖案字體環(huán)保符合ROHS標(biāo)準(zhǔn)。
相比較一般的激光打標(biāo)機(jī),MOPA激光打標(biāo)機(jī)M1的脈寬4-200ns,M6的脈寬2-200ns。普通激光打標(biāo)機(jī)的脈寬是118-126ns,由此可以看出MOPA激光打標(biāo)機(jī)的脈寬可調(diào)節(jié)的范圍更廣,因此也就理解為什么有些產(chǎn)品普通光纖激光打標(biāo)機(jī)打不出的效果,但是MOPA的激光打標(biāo)機(jī)可以做到。
不過,很多客戶在采購MOPA激光打標(biāo)機(jī)時(shí),期望它的加工速度和普通光纖激光打標(biāo)機(jī)一樣,但這顯然事與愿違。這兩種技術(shù)是不同的,當(dāng)?shù)窨滩噬Ч麜r(shí),機(jī)器需要在高頻下以最小的陰影效果進(jìn)行標(biāo)記,這使得雕刻的分辨率高,但同時(shí)雕刻速度相對(duì)緩慢許多。此外,在金屬深度雕刻上,MOPA激光打標(biāo)機(jī)可能沒有優(yōu)勢(shì),因?yàn)閱蚊}沖能量上沒有優(yōu)勢(shì),但是效果細(xì)膩方面來說又比一般的激光打標(biāo)機(jī)好上一大截。所以,客戶在選擇購買MOPA激光打標(biāo)機(jī)前,需要先了解這類激光打標(biāo)機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)。
MOPA激光打標(biāo)機(jī)適用于金屬及非金屬材料的精細(xì)標(biāo)刻工藝,如數(shù)碼產(chǎn)品部件激光刻黑、手機(jī)后蓋、IPAD、鋁打黑、手機(jī)按鍵、塑膠透光按鍵、電子元器件、集成電路(IC)、電工電器、通訊產(chǎn)品、衛(wèi)浴潔具、工具配件、刀具、眼鏡鐘表、珠寶首飾、汽車配件、箱包飾扣、炊具 、不銹鋼制品等諸多行業(yè)。