多年來，光束整形不僅使用戶制造出了更好的產(chǎn)品，同時還幫助他們有效控制一些具有挑戰(zhàn)性的應用。隨著工業(yè)激光器和加工用光學元件的最新進展，光束整形技術也隨之向前邁進，使得用戶能以一種非常靈活的方式，通過調(diào)整光束形狀來滿足特定應用的需求。作為優(yōu)化材料加工的最佳前提條件，在過去的幾年里，通快已經(jīng)完全掌握了在工件上形成任意光束的技術，從而改進材料加工。

光束整形技術基于優(yōu)化的波動光學設計和對熔融石英透射元件制造方法的改進。光束整形技術不但適用于超快（也就是超短）脈沖激光器，也適用于多千瓦級連續(xù)（CW）激光器。光束整形技術在帶來高效率和功率處理能力的同時，還能為各種不同的應用提供靈活的光束整形方法，從基模到多模、從超快到連續(xù)發(fā)射，且能覆蓋較寬的光譜范圍。

能夠在x、y、z軸三個方向調(diào)整光束強度分布，將為應用帶來最大的靈活性。除了能夠調(diào)整光束強度外，還可以產(chǎn)生多個光斑。這種方法具有一定的成本優(yōu)勢，因為該技術能使用標準的激光產(chǎn)品，這意味著可以使用標準的激光源（如連續(xù)激光器）和標準的傳導光纖，無需進行任何特定的調(diào)整或改造。

利用這種光束整形技術，通快公司已經(jīng)開發(fā)出了一些優(yōu)化的新加工方式。最近新開發(fā)的兩項應用分別是：用超短脈沖激光器切割玻璃和人造藍寶石；以及提高汽車應用中熱鍍鋅鋼材的釬焊能力。這兩項新發(fā)展，使生產(chǎn)流程更加有效靈活，打開了進入新市場的大門。此外，它們既能應用于單模激光源，也能用于多模激光源，這充分顯示了光束整形技術的潛力。

切割人造藍寶石和玻璃

由于玻璃對可見光和近紅外光是透明的，因此用波長位于這些透射波段的激光器來加工玻璃，好似并不合乎邏輯。但是，當使用脈寬在皮秒或飛秒范圍的超快脈沖激光加工玻璃時，光并不是簡單地穿過被加工材料。相反，脈沖中光子的巨大空間和時間密度，有利于一個生成自由電子的非線性、多光子吸收過程。隨后，這些電子吸收更多的光子。這種透明材料中改良的吸收機制，使得利用激光加工人造藍寶石和玻璃成為可能。

這種加工的成功，主要取決于材料的改性。不同于使用逐個脈沖直接穿過材料（即消融），超快脈沖激光束被聚焦于玻璃的內(nèi)部，在玻璃內(nèi)部，超快脈沖激光束能夠沿著想要的切割線，改性一個狹窄的區(qū)域。隨后，玻璃會沿著這個由激光產(chǎn)生的特定狹窄改性區(qū)而斷裂。無論是直線切割還是曲線切割，這種方法都能獲得光滑的切割表面，切割精度可達到0.01mm。

這項技術是專門為切割堅硬的薄玻璃而開發(fā)的，例如智能手機顯示屏的蓋板玻璃。切割智能手機顯示屏玻璃蓋板時，利用通快的Top Cleave光束整形鏡組，可以獲得高達1m/s的切割速度。激光強度沿著光束的傳輸方向z軸均勻分布，因此，焦點被拉長，光斑變成了一條長寬比大于1000:1的聚焦線。激光脈沖不再一層層地將玻璃消融，取而代之的是一次性改性完整的內(nèi)部分割表面（見圖1）。

圖1：利用通快的Top Cleave光束整形鏡組切割堅硬的薄玻璃（a）。激光強度沿著光束的傳輸方向z軸均勻分布，形成一條長寬比大于1000:1的聚焦線（b）。激光脈沖一次性改性完整的內(nèi)部分割表面。

根據(jù)脈沖能量和材料的不同，可切割的玻璃厚度可厚達2mm。如果用配備Top Cleave光束整形鏡組的TruMicro激光器切割2mm厚的玻璃，切割速度可達1m/s，該速度是不配備Top Cleave的100倍。即使是切割世界上第二堅硬的透明材料藍寶石，也是如此。例如，TruMicro 5080激光器（重復率高達1000kHz、脈沖能量高達500μJ、平均功率大于150W）配備Top Cleave光束整形鏡組，可以形成一條激光聚焦線，能切割厚度超過1mm的玻璃。

熱鍍鋅材料的釬焊

汽車行業(yè)越來越熱衷于使用熱鍍鋅材料。除了如耐腐蝕性增強的實際差別之外，熱鍍鋅金屬的成本比電鍍鋅更低，并且在全球各地更容易獲得。

不過，采用釬焊方法來焊接熱鍍鋅材料確實有些難度。在加工過程中，由于材料上存在涂層，通常會在加工后的材料上形成飛濺、氣孔以及表面不平整等問題。然而，使用光束整形鏡組，可以將光束分成多個光斑，從而使釬焊熱鍍鋅材料成為可能，并且獲得了驚人的釬焊速度（與機器人配合實現(xiàn)4.5m/s)和令人滿意的加工質(zhì)量，光滑的材料表面上完全沒有飛濺和氣孔（見圖2）。

圖2：使用光束整形鏡組，將光束分成多個光斑，從而使釬焊熱鍍鋅材料成為可能（a），并且利用機器人獲得了4.5m/s的釬焊速度和令人滿意的加工質(zhì)量，包括完全沒有飛濺和氣孔的光滑材料表面（b）。

這個釬焊加工過程是利用一臺標準的6kW光纖傳導的碟片激光器TruDisk 6002實現(xiàn)的。該激光器配備了標準傳導光纖，將光束傳送至Scansonic公司的接觸式焊縫跟蹤鏡頭。Scansonic公司的Adaptive Laser Optic ALO3作為激光加工頭，在這該應用中僅需要稍作調(diào)整即可使用。

在釬焊熱鍍鋅材料時，材料表面上的三個光斑，具有不同的直徑和功率密度。小光斑發(fā)揮著至關重要的作用。鋅涂層可以預處理，零件表面也被預熱。全新的釬焊加工技術，實現(xiàn)了更加光滑的焊接表面和更快的焊接速度。

通過這種方法，有望確保各個光斑彼此之間的位置和相對于焊絲的位置，不受加工頭的機械手臂在旋轉(zhuǎn)和定位時的影響。因此Scansonic ALO3 在使用上沒有任何限制，特別有利于汽車后擋板加工，以及在在焊縫的起始點或終結(jié)點，加工機器人需要進行較大重新定位的情況（見圖3）。

圖3：在釬焊熱鍍鋅材料時，材料表面上的三個光點（a），具有不同的直徑和功率密度（b）。利用光束整形鏡組，確保各個光斑彼此之間的位置和相對于焊絲的位置，不受加工頭的機械手臂在旋轉(zhuǎn)和定位時的影響。

光束整形可以實現(xiàn)釬焊加工，并且如果需要更換光纖，也非常簡便。從標準維護流程中也能看出其優(yōu)勢，用戶只需一個激光加工頭作為備件，用于鋁焊接和釬焊。光斑的幾何形狀和強度分布，尤其是各個光斑之間的能量分布，都在該光束整形元件中標明。此外，光斑的方向相對于整形元件是固定的，不受其他任何參數(shù)的影響。

對于利用這種光束整形技術的定制光束而言，這是第一個多千瓦范圍內(nèi)的應用，還有可能實現(xiàn)其他光束整形機制，這將為小型應用打開無限潛能，比如可以加工出不同尺寸的焊縫。（文章來源：激光中國）