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激光技術
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3分鐘快速了解mopa光纖激光打標機

2021-06-15 1614 字號:

光纖激光器中調Q技術與MOPA技術的區別

目前市面上應用于激光打標的脈沖光纖激光器類型主要包括有調Q技術和MOPA技術這兩種類型。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聯的一種激光器結構。而在工業界,MOPA激光器指代由電脈沖驅動的半導體激光種子源和光纖放大器構成的一種獨特的,更為“智能化”的納秒脈沖光纖激光器。其“智能化”主要體現在輸出脈沖寬度獨立可調(范圍可到2ns-500ns),且重復頻率可高達兆赫茲。調Q光纖激光器的種子源結構是在光纖振蕩腔內插入損耗調制器,通過周期性地調制諧振腔內的光損耗而產生一定脈寬的納秒脈沖光輸出。對于這個常常困擾大家的問題,我們將從激光器內部結構、輸出光學參數及應用場景三方面做個簡單解析。

激光器內部結構

MOPA光纖激光器和調Q光纖激光器內部結構差異主要在于脈沖種子光信號的產生方式不同。MOPA光纖激光器脈沖種子光信號是由電脈沖驅動半導體激光芯片產生,即通過驅動電信號調制輸出光信號,因此對于產生不同的脈沖參數(脈寬、重復頻率、脈沖波形以及功率等)有很強的靈活性。調Q光纖激光器的脈沖種子光信號是通過周期性地增大或降低諧振腔內的光損耗而產生脈沖光輸出,結構簡單,更具有價格優勢。但受調Q器件等影響,脈沖參數有一定的限制。

MOPA光纖激光器和調Q光纖激光器的內部結構原理示意圖如下:

MOPA光纖激光器和調Q光纖激光器的內部結構原理示意圖

MOPA和調Q光纖激光器結構原理示意圖

輸出光學參數

MOPA 光纖 激光器輸出脈沖寬度獨立可調 。MOPA光纖激光器的脈沖寬度具有任意可調諧性(范圍為2ns~500 ns)。脈寬越窄,熱影響區域越小,可以得到更高的加工精度。調Q光纖激光器輸出脈寬不可調,脈寬一般輸出在80 ns~140 ns某一固定值不變。MOPA  光纖激光器重復頻率范圍更寬。 MOPA激光器重頻可達到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Q光纖激光因受限于Q開關的工作條件,輸出頻率區間較窄,高頻僅可達到~100 kHz。

MOPA光纖激光器與調Q光纖激光器光學參數對比

MOPA光纖激光器與調Q光纖激光器光學參數對比

應用場景

MOPA光纖激光器參數調節范圍廣,因此,除了可以覆蓋常規的納秒激光器的加工應用外,還可以利用其特有的  窄脈寬、 高重頻、高峰值功率來實現一些獨特的精密加工應用。比如:

氧化鋁薄板表面剝除應用

現在的的電子產品越做越輕薄,許多的手機、平板、電腦都采用了輕薄的氧化鋁作為產品的外殼。使用調Q激光器在薄鋁板上打標導電位時,容易導致材料變形,背面產生&ldquo;凸包&rdquo;,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,即能使得材料不易變形,底紋也更加細膩亮白。這是由于MOPA激光器使用了小脈寬參數能讓激光停留在材料的時間變得更短一些,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。

陽極氧化鋁打黑應用

使用激光在陽極氧化鋁材料表面標刻出黑色的商標、型號、文字等,這種應用在最近兩年中逐漸被蘋果、華為、中興、聯想、魅族等電子廠商廣泛的用于電子產品的外殼上,用于標刻黑色印記的商標、型號等。而對于這類應用,目前都只有MOPA激光器可以對其加工。由于MOPA激光器擁有寬廣的脈沖寬度和脈沖頻率調節范圍,采用窄脈寬、高頻率的參數可以在材料表面打標出黑色的效果,通過不同的參數組合還可以打標出不同灰度的效果。

陽極氧化鋁打黑應用

彩色激光打標

彩色激光打標是新型的激光打標工藝。目前這項技術暫時只有MOPA激光器在不銹鋼、鉻、鈦等金屬材料上打標出彩色圖案。在對不銹鋼 材料打彩色時,可以通過調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,對不銹鋼制品行業來說,可添加標記圖案的色彩,可隨心所欲編輯各種文字圖案,方便易操作:環保無污染;標記速度快,可大幅面提升不銹鋼制品的產品附加值,增強不銹鋼制品的市場競爭力。為產品增加附加值。

不銹鋼打彩

電子、半導體、ITO精密加工應用

在電子、半導體以及ITO等精密加工中,很多時候需要用到精細的劃線應用。調Q激光器由于它的本身架構原因,無法調節脈寬參數,所以劃的線難以做到精細。而MOPA激光器由于可以靈活的調節脈寬、頻率參數,不僅可以使得劃的線精細,而且邊緣顯得平滑不會粗糙。

ito膜激光刻線

總的來說,MOPA光纖激光器脈寬和頻率獨立可調,且調節參數范圍大,因此加工精細,熱效應低,在氧化鋁薄板標刻、陽極氧化鋁打黑、不銹鋼打彩等方面優勢突出,可以實現調Q光纖激光器所不能達到的效果。而調Q光纖激光器特點在于標刻力度較強,在金屬的深雕加工中有一定的優勢,但標刻效果較為粗糙。在常見的標刻應用領域中,MOPA脈沖光纖激光器與調Q光纖激光器相比較,其主要特點如下表所示。用戶可根據對標刻材料和效果的實際需要,正確選用合適的激光器。

應用名稱調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,底紋細膩亮白
陽極氧化鋁打黑僅可有限度的質量打灰通過廣域的參數設置,可以打標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,效果較難調可通過調節脈寬和頻率組合打出各種色彩     
ABS等塑料加工效果易發黃,手感重、速度快無手感,不易發黃、加工細膩
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板標刻條形碼、二維碼單脈沖能量高、但環氧樹脂對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激光打標機的性能特點

MOPA激光打標機(鋁打黑激光打標機,彩色激光打標機)屬于激光打標機類別,MOPA激光打標機采用直接電調制半導體激光器作為種子源(MOPA)方案的光纖激光器,與調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立可控的,通過兩項激光參數調整搭配,經高速掃描振鏡系統可實現恒定的高峰值功率輸出以及能適用于更廣泛的標刻基材。具有高質量的激光束,使用成本低廉,十萬小時免維護,適用于氧化鋁打黑、304不銹鋼打彩、剝陽極、剝涂層、半導體及電子行業、塑料以及其他敏感材料打標和PVC塑料管材行業,標記出來的圖案字體環保符合ROHS標準。

MOPA激光打標機

相比較一般的激光打標機,MOPA激光打標機M1的脈寬4-200ns,M6的脈寬2-200ns。普通激光打標機的脈寬是118-126ns,由此可以看出MOPA激光打標機的脈寬可調節的范圍更廣,因此也就理解為什么有些產品普通光纖激光打標機打不出的效果,但是MOPA的激光打標機可以做到。

不過,很多客戶在采購MOPA激光打標機時,期望它的加工速度和普通光纖激光打標機一樣,但這顯然事與愿違。這兩種技術是不同的,當雕刻彩色效果時,機器需要在高頻下以最小的陰影效果進行標記,這使得雕刻的分辨率高,但同時雕刻速度相對緩慢許多。此外,在金屬深度雕刻上,MOPA激光打標機可能沒有優勢,因為單脈沖能量上沒有優勢,但是效果細膩方面來說又比一般的激光打標機好上一大截。所以,客戶在選擇購買MOPA激光打標機前,需要先了解這類激光打標機的優缺點。

MOPA激光打標機適用于金屬及非金屬材料的精細標刻工藝,如數碼產品部件激光刻黑、手機后蓋、IPAD、鋁打黑、手機按鍵、塑膠透光按鍵、電子元器件、集成電路(IC)、電工電器、通訊產品、衛浴潔具、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。