激光加工與材料處理

激光加工與材料處理無疑是激光器最大的應用領域之一。近年來在傳統(tǒng)的切割、焊接、打標的基礎上，越來越多的新激光加工處理工藝被開發(fā)出來并迅速在業(yè)界推廣。不同種類的工藝使用各種波長、強度、脈沖寬度的激光，也對光斑形貌、分布、景深等提出豐富的要求。

DOE在針對特定激光加工處理應用的光斑優(yōu)化中扮演核心角色。通常采用DOE可以從兩方面優(yōu)化激光加工處理的效果：倍增處理速率和產(chǎn)率；提升處理精度，如邊緣整齊度、熱影響區(qū)域、處理效率等。

熔蝕與構造

激光熔蝕是指通過激光輻照從材料（通常是固體）表面去除材料。熔蝕通常采用小區(qū)域高能量脈沖實現(xiàn)。激光溶蝕具有多種用途，如納米材料制備，金屬或介電薄膜沉積，超導結構制備，金屬部件常規(guī)焊接與邦定，MEMS結構加工等。

采用平頂發(fā)生器或渦旋位相板可以產(chǎn)生邊界銳利的光斑構型，在溶蝕過程中確保精確的材料移除范圍。多焦點分束器可以實現(xiàn)并行處理，提升產(chǎn)率。

焊接

采用激光可將多個金屬或塑料機件連接在一起。激光光束提供一個集中的熱源，實現(xiàn)高速率、大深度、窄縫寬焊接。激光焊接通常在大規(guī)模制造中自動化進行。與切割技術協(xié)同，激光焊接可用于多種焊接類型（點焊，直／曲線焊，釬焊等）。

能量分布均勻的激光有助于焊接溫度的均勻分布，生成高質量焊縫。采用分束器產(chǎn)生的多焦點焊接，可提升加工速率。

釬焊

在釬焊過程中，激光燒熔焊條并將兩塊金屬焊接在一起，這種工藝廣泛使用在汽車工業(yè)中。如果被焊接金屬在焊條熔融之前被清潔、預熱，將能提升焊接效果。

專門為這種工藝訂制的勻化器，可以在主焊的平頂光斑前端兩側產(chǎn)生兩個小光斑用于待焊金屬的清洗和加熱，提升釬焊的強度和焊縫的整潔度。

激光微孔

激光微孔加工是指利用激光在薄料上打小孔，通常用于薄片或薄膜，如香煙卷紙、食品包裝紙（延長保質期和新鮮度）。這類應用需要精密的、等間距的微孔，分束型DOE是理想的產(chǎn)品。

金屬及玻璃切割

激光切割通過將高功率激光引導并聚焦到工件表面，通過運動機構掃描并按指定路線切割工件。激光切割為工業(yè)制造的重要手段；常常需要在不使用長焦透鏡的情況下延長焦點的焦深，以減少切割區(qū)域的崩邊、熔邊，提升切割質量。

金屬切割利用激光聚焦產(chǎn)生的局部熱量加熱材料，達到熔點以切斷樣品。融化的金屬被氣流帶走。

玻璃切割通常使用紅外波段的高功率激光器。因為玻璃吸收較低，因此需要更高功率的激光；使用DOE可拉長焦深，使得能量在玻璃的內部沉積，實現(xiàn)單次切割，而不需要調整焦點位置后再次掃描。這種方式對于隱裂切割特別有用，局部受熱使得切縫變脆而不是熔融，后續(xù)可用機械方式沿切縫分離。

鉆孔

激光鉆孔利用聚焦的重復脈沖激光器汽化金屬，形成通孔。脈沖能量越大則汽化的金屬越多。作為激光加工領域主流應用之一，多年來發(fā)展了各種打孔技術：單脈沖，叩擊，旋轉打孔，螺旋打孔等。激光打孔在多種場景應用，包括橡膠、硅襯底等。

配合打能量激光器，分束（多點）DOE可用于提升鉆孔產(chǎn)率；平頂型光斑有利于提升孔壁的垂直度和邊緣銳度；渦旋濾光片可用于環(huán)形孔。

激光剝離

激光剝離（Laser Lift Off，LLO）是一種選擇性的分離兩種材料的技術。激光投射到襯底與鍍層材料（如藍寶石襯底上的GaN）中間的粘結層上。激光剝離可以處理大尺寸器件并達到要求的精度與可重復性。因此，激光玻璃在LED工業(yè)中剝離發(fā)光薄膜中廣泛使用，同時也用于顯示、移動終端等制程。

表面處理（硬化與熔覆）

激光表面處理的原理基于高功率密度的相關激光與表面在特定氣氛（真空，保護氣，過程氣）下的相互作用導致的表面改性。典型的應用包括表面硬化與表面熔覆。

表面硬化是一種熱處理，通過將材料在短時間內加熱至臨界溫度以上并迅速冷卻，金屬晶格將不能恢復初始結構并達到很高的硬度。

表面熔覆是另一種熱處理過程。元件表面被加熱至熔點，熔融物固化并結晶，而其化學成份不便。