平頂光斑雷射材料加工

日期：2024/02/02

什麼是平頂光斑輪廓?

平頂雷射光束是一種強度分佈平坦且均勻的雷射光束，具有銳利的邊緣，能量迅速降至零。這種平頂能量分佈稱為平頂能量分佈，在許多工業雷射應用中非常有用。

平頂光斑能量分佈可以是正方形、長方形、線形、圓形或任何其他形狀。我們可以將高斯雷射光束轉換為平頂雷射能量分佈的方法是使用平頂光束整形器，它是一種衍射光學元件 (DOE)，旨在將高斯單模雷射光束整形為平頂雷射光束。

平頂雷射光束整形器如何運作?

平頂雷射光束整形器的工作原理是使用具有精確定義表面的透明視窗來調製入射雷射光束的相位。繞射元件由具有不同高度的表面浮雕結構的透明窗口組成。當雷射光束穿過 DOE 時，雷射在穿過更高高度的區域時會被延遲，從而導致相位的局部調製。這會將光束在遠場（通常是工業雷射系統中透鏡的工作平面）處形成頂帽輪廓。

材料加工平頂光斑應用範例：雷射剝離

在許多平板製程中，例如 OLED 生產，薄的柔性層必須經過光刻、蝕刻和切割等加工步驟。此類製程需要剛性基板，因此柔性材料通常黏合到剛性、厚的載體晶圓上。加工完成後，使用雷射在稱為雷射剝離的過程中使柔性層脫粘，通常使用高功率紫外線雷射來弱化黏合劑。

在這樣的製程中，雷射均勻性至關重要，不均勻的照明將導致不均勻的黏合，這可能會留下污染，並有損壞活性層的風險。因此，雷射提升的好處是透過平頂光束整形，形成具有鋒利邊緣的細線平頂雷射光束，該雷射光束在表面上以條帶形式掃描。這可以實現均勻且高吞吐量的剝離。

另一個平頂光斑應用範例：太陽能電池板背面氧化物的雷射燒蝕

一些先進的高效能太陽能電池板類型，例如 PERC 太陽能電池，具有氧化物或氮化物覆蓋的背面。為了能夠透過接觸電極提取電荷，必須選擇性地去除氧化物/氮化物層，通常透過雷射燒蝕孔陣列。這些孔的尺寸和間距都必須精確，以提供一致的太陽能板性能和品質。

此應用中經常使用平頂光束整形器將照明輪廓塑造為具有銳利邊緣和明確拐角的正方形或矩形。即使雷射不是完全穩定，這種平頂能量分佈也能夠實現精確的燒蝕，因為與高斯光斑不同，頂帽光斑的尺寸是穩定的並且獨立於雷射脈衝的能量。

宏觀平頂雷射加工應用範例：雷射衝擊強化

雷射衝擊強化是一種透過將金屬暴露於雷射脈衝所產生的高強度機械衝擊來硬化的過程。隨著積層製造的出現，這個過程變得越來越重要，因為 3D 列印金屬零件通常存在內部不一致和應力，從而降低耐用性。提高此類零件品質的方法之一是在生產後進行雷射衝擊強化。

平頂光束整形器用於透過雷射衝擊強化的區域上產生均勻的強度，確保有效的區域覆蓋和表面的均勻硬化。