任何加工工艺的目的都在于以最经济的方式、在最短光阴内到达所愿望的高质量后果。与切、铣、钻等惯例机器加工手艺相比，镭射加工能够完成部分、高品质的精准加工。正确取舍镭射器，能够完成高收益、高产出跟经济的加工进程。
挪动设施制作是大批使用镭射器的一家首要行业。出产更小型、更疾速、更轻质而且本钱更低的挪动设施，须要能知足这一挑衅的镭射微加工工艺。其它行业，如医疗设施制作、干净动力、汽车跟航空航天等工业，也不同水平地采纳了镭射加工手艺。
只管有好几个镭射参数城市影响加工后果，脉冲宽度的取舍则是对于精度、出产才能、品质跟工艺经济性影响最大的要素之一。脉冲宽度在纳秒至飞秒范畴内的脉冲镭射器，通常被用在各类资料的精细微加工。本文描写了对于罕用于微加工领域的纳秒、皮秒跟飞秒镭射器，若何在出产才能、品质跟本钱之间进行衡量。
纳秒级脉冲宽度
已树立的认知是，对于于雷同的均匀功率，纳秒镭射器可带来较高的资料去除速度，因而，与皮秒、飞秒镭射器相比，其出产才能更高，这是因为大局部资料的去除是经由过程融化工艺完成的。镭射脉冲将资料从室温加热到其融化温度，并终极经由过程蒸发跟逐出熔料而被去除。
但是，因为被去除的融化资料经常会附着在被加工部位的边沿偏重新固化，因而使加工精度跟品质遭到不利影响。保存在资料中的剩余热量还会在被加工部位发生所谓的热影响区（HAZ）。同时，一些被熔融物可能会飞溅到被加工部位，从而造成加工品质不良。
但是，假如添加一些本钱，采纳绿光、紫外（UV）波长或波长更短的纳秒脉冲宽度镭射器，便可缓解上述反作用。特殊是UV纳秒镭射器可显著下降热影响区，由于大少数资料的排汇深度均较浅。UV纳秒镭射器还存在加工较小外形时所需的焦斑巨细更紧实、焦距更深的上风。
图1：在铜—聚酰亚胺—铜FPCB 膜上钻出的一家微孔，孔径80μm，成孔边沿的毛刺均匀高度仅约2μm。
UV纳秒镭射器在功用跟本钱方面的最新开展，减速了其在精细微加工领域的利用。例如，美国理波（Newport）旗下公司Spectra-Physics 推出的两款UV 镭射器Talon跟Explorer引领UV镭射器行业完成了一次大幅度的性价比晋升，经由过程多年尽力带来了3倍以上的单元瓦特本钱改善。因此，这些镭射器已被普遍使用在各种利用中，如UV打标、薄膜图案装潢、印刷电路板切割，并经由过程钻削在高产量的前提下完成精密的形状。图1显示了采纳Talon UV镭射器，在铜—聚酰亚胺—铜柔性印刷电路板（FPCB）膜上钻出的一家微孔，其孔径80μm，成孔边沿的毛刺极轻微，均匀高度仅约2μm。
另一方面，Spectra-Physics的Quasar紫外混杂光纤镭射器可提供大于 60W的高反复率、机动、且可编程的UV短纳秒脉冲。这种功用组合大大拓宽了UV纳秒镭射器的可用参数空间，并能完成诸多资料的高品质、高产能加工，包含半导体、陶瓷、玻璃、蓝宝石、电池箔等用在制作挪动设施的一系列资料。将来，UV纳秒镭射器的单元本钱曲线将进一步拉低，同时进一步加强的才能能够继续扩大其在大规模出产领域中的利用。
纳秒与皮秒加工比照
纳秒与皮秒镭射器的晚期研讨显示，当使用皮秒镭射脉冲取代纳秒脉冲进行加工时，不锈钢的融化情形会减少。多项其它研讨已标明，当采纳皮秒镭射器进行微加工时，加工品质—被界说为镭射加工部位边沿的热影响区广度、碎片构成、熔融物积累以及飞溅等方面均有晋升。同时，按单元面积能量（mJ / cm2）测得的最小能量密度来界说，皮秒镭射脉冲的资料去除阈值比纳秒镭射脉要冲低得多。
因为较短的皮秒脉冲宽度有助于以单次脉冲较低能量去除资料，因而能够完成顶峰值功率。然而，从适用角度来看，大少数切割或钻孔工艺是在远高于资料去除阈值的能量密度下进行的，而均匀功率雷同的纳秒镭射器可以比皮秒镭射器提供更高的出产量。因而假如对于加工来说，品质更为首要，那么就该当使用皮秒镭射器而无可非议纳秒镭射器。
图2：分手采纳UV纳秒镭射器（a）跟环保皮秒镭射器（b）在Gorilla 玻璃上划线。
一旦做出取舍，则应采纳恰当功率的皮秒镭射器以知足出产才能的要求。图2显示了在相似工艺前提下（均匀功率30W、脉冲反复频次1 MHz），分手采纳UV纳秒或环保皮秒镭射器，在0.7毫米厚的Gorilla玻璃（一款绿色、轻薄玻璃，被用作高端显示设施的维护层）上刻纹的成果。采纳UV纳秒镭射器划线深度可达约70μm，而采纳环保皮秒镭射器则仅可达约40μm。然而，采纳UV纳秒镭射器加工的玻璃边沿豁口约 18μm，采纳环保皮秒镭射器则仅约9μm。
皮秒镭射器与纳秒镭射器相比拟，除了品质上的上风及出产才能上的劣势，还招考虑经济性，这是因为皮秒镭射器的后期投入本钱跟运营本钱通常都更低廉。Spectra-Physics公司的IceFyre产业级皮秒镭射器是集高功率、超短脉冲、史无前例的通用性、反复频次可调、可编程机动调理脉宽、脉冲可按需触发等诸多功用于一身，而且存在很好的本钱上风。在1064nm波优点可提供大于50W的均匀功率跟大于200μJ的脉冲能量，是精细加工蓝宝石、玻璃、陶瓷、塑料及其余资料的理想光源。同时，它也使得超快镭射器真正完成规模化的产业利用。
皮秒与飞秒加工比照
谈到更短的脉冲宽度，在用在微加工的皮秒与飞秒镭射脉冲宽度之间的取舍，取决于材质、品质要求以及经济方面的考量。飞秒镭射器能够提供优于皮秒镭射器的加工品质，但其更高的镭射器本钱也必需加以斟酌。皮秒跟飞秒镭射器均能提供顶峰值功率，从而下降资料去除阈值能量密度。对于于许多资料而言，飞秒镭射脉冲的去除阈值能量密度低于皮秒脉冲。然而，在大少数能量密度程度高于阈值的实际加工进程中，资料去除率是与材质毫不相关的。
一项研讨标明，因为脉冲宽度从10ps 减小到900fs，不锈钢的资料去除率回升，而氮化铝的去除率则跟着脉冲宽度的减小而下降。在加工热敏性聚合物，如加工制作可降解支架的左旋聚乳酸（PLLA）、或用在无机LED显示器（OLED）薄膜时，飞秒镭射脉冲必需注意防止融化伤害跟热伤害。
图3：分手采纳皮秒镭射器（a）跟飞秒镭射器（b）切割左旋聚乳酸（PLLA）边沿。
图3a显示的是采纳一款10ps脉冲宽度的皮秒镭射器加工PLLA的边沿融化情形，图3b显示了一家采纳400fs脉冲宽度的Spectra-Physics镭射器加工出的整洁边沿。以是，对于于某些特定范例的资料，由于特征的关联，以及皮秒镭射器无奈到达其加工品质要求，必需采纳飞秒镭射器。与纳秒、皮秒镭射器一样，飞秒镭射器的性价比也在逐渐晋升。
总结
虽然任何繁多的镭射脉冲宽度都无奈知足一切资料加工的要求，脉冲宽度的取舍对于于加工品质、出产才能跟本钱研讨存在显著的影响。基于此，应依据材质、冀望品质、出产才能跟本钱等因素来取舍合适的镭射器。普通来说，纳秒镭射器可提供一家比皮秒跟飞秒镭射器更为经济、出产才能高、品质程度合理的解决方案，尤其是UV纳秒镭射器能在诸多利用中提供一家高品质、高出产才能的“制胜点”。
但是，对于于薄金属、通明资料跟热敏资料，皮秒跟飞秒镭射器则可提供加工品质上风，在要求最佳加工品质的情形下，皮秒或飞秒镭射器将是微加工的理想之选。新型大功率产业级皮秒跟飞秒镭射器，能提供更高的出产才能，以及更高的品质跟更低的单元本钱。
瞻望将来，将会看到纳秒、皮秒跟飞秒镭射器性价比的连续提高。这些提高，将推进采纳各类脉冲宽度的镭射器在精细制作业的飞速利用。每种镭射器凭仗其在加工品质、出产才能跟经济性方面的上风，将分手在特定资料范例跟利用中大显神通。
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