Конспект лекций по курсу «Физико-технические основы лазерных технологий»


НазваниеКонспект лекций по курсу «Физико-технические основы лазерных технологий»
страница3/10
Дата20.04.2013
Размер0.73 Mb.
ТипКонспект лекций
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

2. Длина волны 

должна лежать в области большой поглотительной способности материала (в видимой для металлов и других конструктивных материалов, ИК–области для стекла, ультрафиолетовой для полимеров) зависящей от оптических характеристик материала (, , ).

Требуемые параметры лазерОВ для микрообработки (2)


3. Длительность импульса  (1).

Определяет следующие характеристики процесса:

пороговую плотность мощности,

  • глубину проплавленного слоя (формула 3.6),

  • величину давления отдачи паров (формула 3.7),

  • величину термомеханических напряжений (приблизительно),

  • эффект экранирования падающего излучения парами,

  • стабильность размеров облучаемой площадки (нестабильность ),

  • стабильность пороговой плотности мощности (зависит также от размера облучаемой зоны)

По всем этим причинам чем меньше длительность импульса, тем лучше (по крайней мере в пределах справедливости тепловой модели, до с).


Комментарии:

  • эффективное время воздействия для лазеров непрерывного режима (3.8), где — фокальный диаметр пятна, — скорость сканирования.

  • в любом случае нужно проверить условие (3.3) используя (3.8).

  • также надо принять во внимание, что , и чем меньше , тем меньше глубина отверстия , проделанная за один импульс.

Требуемые параметры лазерОВ

для микрообработки (3)


3. Длительность импульса (2)

Так или иначе мы имеем следующие варианты реализации различного времени воздействия



Длительность воздействия, с

Тип лазера

10–3

Nd–YAG–лазер — режим свободной генерации, импульсный CO2–лазер, сканирующий CO2–лазер, сканирующий Nd–YAG–лазер, сканирующий Ar–ion–лазер

10–6

Nd–YAG–лазер: акусто–оптическая модуляция, электрооптическая модуляция, диодная накачка. Импульсный CO2–лазер

10–9

Азотный лазер, лазер на парах меди, эксимерные лазеры

10–12

Nd–YAG–лазер: режим самосинхронизации импульсов, эксимерные лазеры

10–15

Ti–сапфир–лазер: режим самосинхронизации импульсов, эксимерные лазеры

10–18

Ti–сапфир–лазер

Требуемые параметры лазеОВ

для микрообработки (4)


4. Частота следования импульсов f

влияет на температуру материала, которая меняется после окончания каждого импульса и средняя температура может понижаться, но если частота следования больше , то изменения не будет наблюдаться, и, таким образом, результат воздействия будет зависеть только от мощности и энергии отдельных импульсов. Например, если для стали ( см2/с) при мкм .

Другое заключение, полученное из оценок, доказанных выше — это то, что лазерная резка в импульсном режиме сводится к сверлению отверстий в импульсном режиме по многим параметрам, потому что разрез формируется из отдельных отверстий.

Также от может зависеть экранирующий эффект падающего излучения если

Таким образом, наиболее важная роль частоты следования импульсов состоит в:

  • прямом влиянии на производительность микрообработки,

  • выборе типичных технологических операций,

  • экранировке зоны воздействия (при многоимпульсных или высокочастотных процесах).

Требуемые параметры лазеров

для микрообработки (5)


5. Пространственные характеристики модовой структуры (TEMmn) лазерного пучка



Требуемые параметры лазеров

для микрообработки (6)


6. Расходимость пучка


(3.9)


где — полный угол расходимости пучка, — длина волны, — характерный размер выходного окна лазера, ответственного за дифракцию, — коэффициент, отвечающий за распределение интенсивности в поперечном сечении пучка.

Величины и , и для разных лазерных пучков приведены в таблице 2.


Таблица 2

Тип лазерного пучка





Полный угол

Комментарии

Одномодовый (Гауссово распределение)



3



, — радиус перетяжки Гауссова пучка

Многомодовый



1.26



Nb — число отдельных пучков в поперечном сечении

Дифракционно ограниченный



2.44






ТИПИЧНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЛАЗЕРОВ для микрообработки (1)

Основные импульсные твердотельные лазеры Таблица 3

Тип лазера

Длина волны , мкм

Энергия импульса. Дж

Продолжительность импульса , с

Частота повторения импульсов , Гц

Расходимость луча , мрад

Эффективность , %

Примечания

Nd–YAG, свободная генерация

1.060

1

10–3

102

1–10

1–3




Nd–YAG, акусто–оптическая модуляция добротности

1.060

10–3

10–7

104

1

1




Nd–YAG, электрооптическая модуляция добротности

1.060

1(10–3–10–4)

10–3 (10–8)

102 (105)

1

1




Nd–YAG, диодная накачка

Nd–Волоконный

1.060

10–2

10–3

10–8

10–8

104

104

1–10

1–10

10

больше 20




Ti–сапфир

0.6–1.1.

10–8

10–13

108

0.5

<1

Будущее применение (перспективен для повышения качества)

Полупроводниковые линейки

0.75–0.98

Средняя мощность до 100 Вт и более

250х150

>10

Будущее применение (эффективен для снижения стоимости

ТИПИЧНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЛАЗЕРОВ для микрообработки (2)


Основные импульсные газовые лазеры Таблица 4



Cu–пары

0.510–0.570

10–3

10–8

104

1

1




Эксимеры

XeCl

0.308

0.1–100

10–50

10–500

1x3

1

Размер луча 10x30 mm

Средняя мощность до150 Вт

KrF

0.249

ArF

0.193

CO2–RF с радиочастотной накачкой

10.6

5  10–2

10–4

100–2500

4

10




CO2–TEA

10.6

10–1

20

10–5

10–6

102

200

2.5

10

10

10

Некоммерческий

ТИПИЧНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЛАЗЕРОВ для микрообработки (3)


Основные лазеры непрерывного режима Таблица 5

Тип лазера

Длина волны , мкм

Мощность , Вт

Расходимость луча , мрад

Эффективность , %

Примечания

Nd–YAG, ламповая накачка

1.06

10–2000

1–10

3

Возможна бóльшая мощность

Nd–YAG, диодная накачка

1.06

20

1–10

10

До 10 кВт в исследовании

Nd–YAG волоконный —диодная накачка

1.06

50

1

больше 20

До 10 кВт (2004 г.)

CO2, с медленной осевой прокачкой

10.6

100–1000

1

10




CO2, мощный

10.6

200










С медленной осевой прокачкой, диффузионно–охлаждаемый, многопучковый

До 3 кВт/м

Обычно не для точного микроформообразования

С быстрой осевой прокачкой и конвективным охлаждением

До 5 кВт/м

С поперечной прокачкой и конвективным охлаждением

До 100 кВт/м

Газодинамический с конвективным охлаждением

Более 100 кВт/м

Ar–ион

0.50

20

0.5–1

<1






Дополнительные требования


1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

Похожие:

Разместите кнопку на своём сайте:
cat.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©cat.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
cat.convdocs.org
Главная страница