在许多应用中都需要使用穿孔薄片材料，例如包装行业中的塑料和金属薄片、便于撕开的纸箱和金属箔、香烟过滤器、液体或气体排放管以及用于汽车安全气囊的金属薄片预削弱处理等。

激光穿孔的基本装置包括一个脉冲激光器、一个透镜以及一个可移动的反射镜、一个旋转的传送带或者两者兼有。每次激光脉冲都会在材料上形成一个孔洞。在没有脉冲的空闲时间内，可以移动板材或者用反射镜重新引导光束。激光穿孔具有高生产效率和精确的定位效果，不会在材料上留下任何工作残留物，并且在许多应用中正在取代机械穿孔机。

激光穿孔产生均匀的图案

激光穿孔系统需要具备高生产效率、小巧的占地面积以及能够以精确且干净的间距制造出规则的孔洞。通常，通过加入一个单一的衍射分束元件，就能相当容易地提高系统的性能。对于那些需要在薄层中大量钻孔的应用而言，这一点尤其适用。

工作原理

衍射型光束分束器会将一个主光束分解成所需的多个光束，这些光束以特定的角度排列成一维或二维阵列。每个分束后的光束的输入直径与输出直径相等（如图 1 所示）。

图1、基本操作

分束器能够同时在同一个部件上钻出多个孔洞，且各孔洞之间的间距极其精确。这些孔洞的位置相互之间是相互对齐的；这种经济高效的元件能够提高生产效率、加快速度并实现更好的对齐效果，而且通常还能省去使用移动 X-Y 表面台的需求。

分束器接收标称入射角方向的平行光束作为输入，并在不同角度下产生若干平行光束。这些光束可以通过聚焦透镜转换为光斑。如果将此透镜放置在元件附近，它能够聚焦所有光束。双光斑和三光斑分束器的分离角度在图 2 中有所定义。

图2、分离角的定义

典型装置

典型的装置包括脉冲激光器、衍射分束器或光学元件（DOE）、聚焦透镜、可选的掩模以及旋转网。

激光器以固定的重复频率产生脉冲，而分束器则会生成一定量的高强度光束。透镜会将这些光束聚焦成点状，位于其焦平面上。一个旋转的网带着一层材料，每到一个激光脉冲就会在特定的位置对这层材料进行打孔处理。低强度的小光斑/光束可以通过光束遮挡器来遮蔽，从而保持材料边缘的干净。

特征

衍射分束器具有以下特点：

• 精确的角度分离转换成精确的节距或孔到孔的距离。
• 内在对齐方式是指所有工作均由一个光学元件表面的单一衍射图案来完成。因此，角度间隔与两个或多个独立组件的对齐情况无关。
• 高功率阈值。典型的元件由纯熔融石英或锌硒构成，具有较高的功率阈值。
• 功率一致性。不同区域之间的功率一致性可以非常良好（对于 1×2 和 2×2 分割器，一致性误差在±1%以内），但对于其他设计则会显著更高。我们建议向制造商咨询特定元件的预期一致性情况。
• 可选的氩/氩涂层。此涂层可减少背光反射并提高效率。
• 对于 X-Y-Z 方向的位移不敏感，因此这些点即使在分束器改变其 X-Y-Z 位置的情况下也能保持其原有位置。
• 旋转。这些光斑会随着部件一起旋转。

设计要素

根据设计的不同，多达 20% 的能量会被导向一些较为薄弱但明确界定的位置。每个位置可能会接收到约 5% 至 10% 的来自强点的能量。具体数量取决于设计。我们建议向制造商咨询针对特定元件可预期达到的均匀度情况。

图3、典型设置

通过使用一种能在光线到达明确位置前就将其阻挡的金属遮罩（如图 3 所示），可以消除这些低能量点可能带来的任何负面影响。 Holo/Or 公司，为每种设计提供了这些位置的具体位置信息，还提供低阶和零阶分光器，其在中心位置的多余零阶能量（根据设计情况，低于 0.5%）较少。

分束器会将约 20% 的能量从光斑外部导向特定位置，具体位置取决于设计。这会产生热量。材料的折射率会随着温度的升高而略有变化，光学元件的焦距也会相应改变。这种效应通常只有在光学元件的温度达到 80°C 或更高时才会变得显著。这些温度通常只有在使用强激光或由于镜头通风不良的情况下才会达到。解决此问题有两种方法：第一种是通过气流改善镜头的通风。第二种是设计光学元件使其在更高的平衡温度下也能正常工作。

分束器对 X-Y-Z 方向的位移不敏感，但对旋转很敏感。通常，部件的对齐是通过试错法来实现的（例如，烧一些热敏纸；如果未对齐良好，就相应地旋转部件）。一种更优雅的方法是订购一个具有 1×1 毫米凹槽的固有对齐部件。这些凹槽可以通过旋转轴实现约 0.1 度的精度制造。

转自：光子位

注：文章版权归原作者所有，本文内容、图片、视频来自网络，仅供交流学习之用，如涉及版权等问题，请您告知，我们将及时处理。