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光學工程
MOPA激光器與調Q光纖激光器的技術

 近年來,國內的的光纖激光打標技術發展迅速,其中在電子3C產品、機械、食品、包裝等等領域的應用已經很廣泛。激光打標技術相比傳統的標識技術,不僅僅在對于材料的損耗,標識效果更具有優勢。人們為了得到更美觀的的標記效果以及更效率的生產加工,會選擇市面上不同廠家和類型的激光器作對比,從而找到該類產品所適合加工的激光器。
 
    目前市面上應用于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。調Q激光器在早些年之前就引入了國內,所以目前占據了很大的一片加工市場。而MOPA激光器則是近幾年才逐漸發展起來的,作為一種更為新型的技術,MOPA激光器與調Q激光器究竟有什么區別呢?它有什么新的技術和優勢所在?
 
一. MOPA激光器與調Q激光器的打標應用區別。
 
1.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“凸包”,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。
 
2.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。
 
3.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。
 
除了以上的幾個應用案例外,MOPA激光器與調Q激光器還存在很多不同的應用差別,在這里列舉了一部分典型的應用案例,如下表格:



 
在以上的介紹對比中,可以看出MOPA激光器在很多應用上可以取代調Q激光器。在一些更為高端的應用中,MOPA激光器更是優于調Q激光器。
 
為何MOPA技術的激光器會比調Q激光器的應用存在優勢?我們將從兩種類型的激光器的參數指標方面進行一一講解。

 
二. MOPA技術激光器和調Q技術激光器的參數指標區別。
 
這里選用市場上比較典型的調Q類型的激光器和深圳市杰普特激光的M6系列MOPA類型激光器的參數作為對比:
 
 


通過對比,可以看出MOPA結構的杰普特M6系列激光器在脈沖寬度、脈沖頻率、調控波形等各方面相比調Q激光器都有很大的調節空間,這樣使得調試時可以通過各種參數的組合,為不同的材料做出所需求的的各種效果。如果用戶需要特定的機型,還可以調制專屬的激光參數,為用戶做好全方位的激光應用解決方案。
 
MOPA:主控振蕩器的功率放大器 Master Oscillator Power-Amplifier。

MOPA結構的脈沖激光器原理

    光纖激光器的諧振腔本身就是一段光纖,所以它不能像傳統激光器那樣在諧振腔內插入Q開關來實現脈沖輸出,因為把光纖諧振腔(就是光纖)攔腰截斷插入Q晶體,一會增大插入損耗,二會影響整個激光器的緊湊性而無法實現光纖一體化。所以如何實現光纖激光器的脈沖輸出又是一個全新的研究課題。目前比較成熟的技術是采用MOPA(主振動功率放大)技術來實現。
    MO(Oscillator)就是主振動器,它其實就是一個功率(10-20mw)很小的激光器,一般可選用波長合適(如1064nm)的LD。小功率LD很容易通過驅動電流來直接調制輸出參數,如重復頻率、脈寬、脈沖波形以及功率大小,通過尾纖把光脈沖信號串聯進PA(PowerAmplifier)---光纖功率放大器進行光脈沖放大。光纖放大器一般只用于光纖通訊,它的原理與光纖激光器十分相似,只不過撤掉了光纖兩端的光纖光柵而無法形成激光振動,只起信號放大作用。光纖放大器能嚴格按照MO耦合近來的種子源光進行原形放大,卻不改變激光波長、重復頻率、脈寬和脈沖波形。所以脈沖激光器采用MOPA方式,既可得到優良的激光特性,又能大大提高輸出激光的亮度。這是傳統方式所無法達到的綜合效果。 從MO出來的光脈沖通過PA放大器時,脈沖的各部位獲得的增益會不同:脈沖前沿的增益按指數規律增加,脈沖后部的增益逐漸減少,脈沖后沿增益最小,尤其是如果脈沖信號光很強,或脈寬較寬時,脈沖后沿根本就得不到放大。所以在PA中一般要加上增益平坦器,使得脈沖各部位得到均勻放大(如果入射信號的能量很小或者脈沖很短,整個脈沖可得到均勻放大,而且脈沖形狀保持不變)。
    激光脈沖通過放大器之后,其波形的變化與入射信號脈沖的前沿上升速度有著直接的關系。如果信號光是高斯型脈沖,因脈沖前沿上升比指數還快,所以經過放大后,脈寬可以得到壓縮;如果是指數型脈沖,形狀和脈寬幾乎都不變化;如果輸入脈沖前沿上升時間比指數函數更緩慢,則放大后其脈寬會變寬。一般為了獲得高功率、窄脈寬的激光脈沖,可以在信號進入放大器之前,采用削波技術切去脈沖的緩慢上升部分,使其脈沖前沿變陡,即能達到壓縮脈寬的目的。


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