用于高反射金属的锁频单脉冲绿光超快激光精密标刻方法和系统技术方案

本发明专利技术提供一种用于高反射金属的锁频单脉冲绿光超快激光精密标刻方法和系统，包括步骤：1)将高反射金属置于操作台上；2)将激光器设于操作台的一侧；3)锁定发射频率为1KHz

【技术实现步骤摘要】
用于高反射金属的锁频单脉冲绿光超快激光精密标刻方法和系统


[0001]本专利技术涉及激光标刻
，具体涉及一种用于高反射金属的锁频单脉冲绿光超快激光精密标刻方法和系统。

技术介绍

[0002]金属铝，铜，金，银及其合金材料广泛应用于消费类电子、汽车、航空航天、建筑及居家生活。在基于此类材料的标记、追溯、防伪、大数据等的应用中，标记技术，尤其激光标刻技术是非常重要的保留信息的方法。
[0003]普通的标记技术多为喷涂颜料，或者机械雕刻，效果比较粗糙，不容易长期保留信息。因此，激光标刻被寄予厚望。但这类材料对激光发射率很高，普通激光标刻机很难打出清晰精密或颜色较深的印迹。有的(如铝)需要在表面做阳极氧化之后，才能形成明显标刻。因为它们对激光的反射率高达80％，甚至95％以上。
[0004]以铝合金为例，在室温环境下,表面粗糙度1.6～3.2um条件下,对1.06um 波长、功率密度61kW/cm2激光的反射率为80％。因而其激光标刻技术主要采用 CO2激光器、绿光纳秒激光器、紫外纳秒激光器或基于超快光纤激光器的标刻机，这些激光对铝合金标刻具有表面选择性，需先做表面阳极氧化，然后通过热至熔化作用，破坏表面的形貌来实现标刻。
[0005]同时，铝、铜、金、银及其合金本身传热就很快，具有好的抗腐蚀性。对激光束的高初始反射率及其本身的高导热性，使高反金属材料在未熔化前对激光的吸收率很低，“小孔”诱导比较困难；电离能低，标刻过程中光致等离子体易于过热和扩展，使得稳定性差；标刻过程中容易产生气孔和热裂纹；标刻过程中合金元素的烧损，使其力学性能下降。
[0006]从理论上分析，铝合金对激光的吸收率由下式决定：
[0007]ε＝0.365{ρ[1+β(T－20)]/λ}1/2
[0008]式中ρ——铝合金20℃的直流电阻率，Ω.m；
[0009]β——电阻温度系数，℃
‑
1；
[0010]T——温度，℃；
[0011]λ——激光束的波长，m。
[0012]对于铝合金来说，吸收率是温度的函数。在表面温度达到熔化温度、汽化温度前，材料对激光的吸收率将随温度的升高缓慢增加，一旦材料表面达到熔化温度、汽化温度，对激光的吸收率就会迅速增大。
[0013]因此，激光标刻需要更短的作用时间，更高的峰值功率。但普通连续运转模式的激光只能靠时间积累更高的热量来实现，而长脉冲运转的激光光子峰值功率不够，其他光纤超快激光工作频率太高，脉冲串内光子彼此能量不均匀，而在材料表面产生不同效果的热影响区，引起气泡效应、加工面挂渣、裂纹以及崩边，导致标记内容不清晰，一致性弱、甚至材料强度退化，改变了材料的特征参数。

技术实现思路

[0014]有鉴于此，为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种用于高反射金属的锁频单脉冲绿光超快激光精密标刻方法和系统。该方法基于锁定的高重复频率、高能量单脉冲工作、高单脉冲峰值功率、单脉冲间能量一致性高的超快激光，无需对金属表面氧化处理即可实现深黑色稳定的精密标刻。
[0015]本专利技术用于高反射金属的锁频单脉冲绿光超快激光精密标刻方法，包括步骤：
[0016]1)将高反射金属置于操作台上；2)将激光器设于操作台的一侧；所述激光器为能够在高重复频率下发射高能量单脉冲且单脉冲能量一致性高的超快激光器，所述高重复频率为1K
‑
500K，所述高能量单脉冲能量为20uJ
‑
10000uJ，所述单脉冲的峰值功率为2MW
‑
10GW,所述单脉冲间能量差异≤
±
5％；
[0017]3)锁定发射频率为1K
‑
500K之间的一定值；
[0018]4)所述激光器发射的超快激光，经过整形光路放大光束尺寸、再经过光束传输光路输入到振镜、再经过场镜后聚焦在操作台上的高反射金属工件表面；
[0019]5)在软硬件控制器的控制下，设置激光参数和加工参数，控制激光束X、Y、 Z轴的移动，完成高反射金属表面图案的激光标刻。
[0020]进一步，所述经过光束传输光路的激光经光隔离器后输入到振镜。
[0021]进一步，高反射金属包括金属铝，铜，金，银及其合金。
[0022]进一步，所述单脉冲为单脉冲光子尖峰波，所述单脉冲宽度为1
‑
10ps。
[0023]进一步，所述激光器为全固态皮秒激光器，所述激光波长为532
±
5nm。
[0024]进一步，所述激光器窗口光斑为1
‑
3mm，发散角为0.5
‑
1.5mrad。
[0025]进一步，所述整形光路为放大倍率为1
‑
8倍的扩束光路。
[0026]进一步，所述光束传输光路为传输距离10
‑
1000mm的传输光路组成。
[0027]进一步，所述振镜转速为100
‑
10000转/秒。
[0028]进一步，所述场镜是F
‑
θ场镜或远心场镜，焦距为30
‑
300mm。
[0029]进一步，形成所述标刻图案微型结构的最小分辨率特征尺寸为0.5
‑
15um。
[0030]本专利技术还提供实现上述绿光超快激光精密标刻方法的标刻系统，其特征在于，所述系统包括操作台、激光器光路系统和控制器；
[0031]其中，所述操作台上设有传送带，所述传送带的一侧设有激光器光路系统和控制器，所述传送带传送高反射金属工件到激光器光路系统的工作区域内，所述控制器分别与所述激光器光路系统、及所述传送带的驱动机构连接；
[0032]激光器通过数据线与安装有激光标刻系统软件的计算机控制器相连，计算机控制器将控制的激光功率、扫描速度及重复频率信号输入到激光器，并接收激光器的脉冲同步信号，同时控制激光器光路系统和所述传送带的驱动机构完成高反射金属工件的标刻。
[0033]所述激光器上还设有位置传感器，所述位置传感器与控制器连接。
[0034]所述整形光路与光束传输光路之间设置光闸。
[0035]所述光束传输光路与振镜之间设置光隔离器，隔离反射激光。
[0036]本专利技术所述锁频均匀能量单脉冲是指超快激光工作方式为锁定频率下均匀能量单脉冲周期性输出。
[0037]本专利技术的有益效果在于：
[0038]1.本专利技术方法基于锁定的高重复频率、高能量单脉冲工作、高的单脉冲光子峰值功率、单脉冲间能量一致性高的超快激光，无需对高反射金属表面氧化处理即可实现深黑色稳定的精密标刻。
[0039]2.本专利技术激光标刻设备选用短焦距透镜和低阶模激光输出。减小光斑尺寸，增大激光功率密度，高反射金属对激光的吸收率也随之增大。
[0040]3.本专利技术激光器采用高的单脉冲光子峰值功率。加速瞬时汽化作用时间，减少热致熔化作用，同时使用周期性高峰值功率的单脉冲光子，来本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于高反射金属的锁频单脉冲绿光超快激光精密标刻方法，其特征在于，包括步骤：1)将高反射金属置于操作台上；2)将激光器设于操作台的一侧；所述激光器为能够在高重复频率下发射高能量单脉冲且单脉冲能量一致性高的超快激光器，所述高重复频率为1K
‑
500K，所述高能量单脉冲能量为20uJ
‑
10000uJ，所述单脉冲的峰值功率为2MW
‑
10GW,所述单脉冲间能量差异≤
±
5％；3)锁定发射频率为1K
‑
500K之间的一定值；4)所述激光器发射的超快激光，经过整形光路放大光束尺寸、再经过光束传输光路输入到振镜、再经过场镜后聚焦在操作台上的高反射金属工件表面；5)在软硬件控制器的控制下，设置激光参数和加工参数，控制激光束X、Y、Z轴的移动，完成高反射金属表面图案的激光标刻。2.根据权利要求1所述的绿光超快激光精密标刻方法，其特征在于，所述经过光束传输光路的激光经光隔离器后输入到振镜。3.根据权利要求1所述的绿光超快激光精密标刻方法，其特征在于，高反射金属包括金属铝，铜，金，银及其合金。4.根据权利要求1所述的绿光超快激光精密标刻方法，其特征在于，所述单脉冲为单脉冲光子尖峰波，所述单脉冲宽度为1
‑
10ps。5.根据权利要求1所述的绿光超快激光精密标刻方法，其特征在于，所述激光器为全固态皮秒激光器，所述激光波长为532
±
5nm。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ五一IntClB二三K二六三六二，
申请(专利权)人：河北金镭赢圣科技有限公司，
类型：发明
国别省市：