Ursachen und Auswirkungen der geringen Absorption von Infrarotlasern auf hochreflektierende Materialien
InfrarotlaserBei hochreflektierenden Materialien wie Kupfer, Aluminium, Gold und Silber ist die Absorptionsrate in der Regel gering.Eine geringe Absorption beeinflusst unmittelbar die Effizienz der LaserenergieanbindungIm Folgenden werden die Phänomene auf der Grundlage von Materialeigenschaften, Laserparametern und optischen Wechselwirkungsmechanismen erläutert.
I. Optische Eigenschaften hochreflektierender Materialien
Hochreflektierende Materialien weisen eine hohe Konzentration an freien Elektronen auf und ihre Oberflächen weisen eine hohe Reflexionsfähigkeit im Infrarot-Wellenlängenbereich auf.Die Oberflächenreflektivität wird hauptsächlich durch den komplexen Brechungsindex des Materials bestimmt., bei dem die realen und imaginären Teile der elektrischen Leitfähigkeit das Reflexions- und Absorptionsverhalten an der Schnittstelle bestimmen.die Reflexionsfähigkeit von Kupfer und Aluminium kann 90% übersteigen, mit einer Absorptionsrate von nur etwa 3%~7%. Daher kann Laserenergie nicht effektiv in das Material abgelagert werden.
II. Wellenlängenmerkmale von Infrarotlasern
Die Wellenlänge der Infrarotlaser liegt in der schwachen Absorptionszone der freien Metallelektronen.Das heißt, optische Energie zerfällt elektromagnetisch in einer sehr flachen Oberflächenschicht.In der Zwischenzeit ist die Photonenergie des Infrarotlichts gering und kann keine starke elektromagnetische Kopplung induzieren.Verringerung der Wechselwirkungseffizienz zwischen Laser und Metalloberfläche.
III. Einfluß des Einfallswinkels und der Polarisierung des Lasers auf die Absorption
Der Einfallwinkel und der Polarisierungszustand verändern das Reflexionsverhalten an der Schnittstelle.während P-polarisiertes Licht eine geringere Reflexionsfähigkeit bei bestimmten Winkeln erreichen kannIn praktischen Schweiß-, Reinigungs- oder Markierungsanwendungen ist es jedoch schwierig, eine stabile Polarisierungsrichtung aufrechtzuerhalten, so dass die Gesamtabsorption gering bleibt.
IV. Einfluss der Oberflächenbedingungen auf die Absorption
Die Oberflächenrauheit, die Dicke des Oxidfilms und die Kontamination beeinflussen die Streuung und Absorption der Laserenergie.
Oxidschichten können die Kupferabsorption im Infrarotbereich erhöhen.
Die rauen Oberflächen ermöglichen eine mehrfache Streuung und erhöhen die effektive Absorption.
In der Anfangsphase der Verarbeitung von glatten hochreflektierenden Materialien bleibt die Absorption jedoch erheblich gering.
V. Auswirkungen einer geringen Absorption auf die Verarbeitung
Schwierigkeiten bei der Energiekoppelung: Laserenergie kann nicht effektiv abgelagert werden, was zu einer unzureichenden Schweißdurchdringung oder zu einer geringen Kennzeichnungseffizienz führt.
Erhöhtes Risiko einer Rückspiegelung: Eine hohe Reflexionsfähigkeit kann zu einer Rücksendung des Lasers führen, die möglicherweise interne optische Komponenten der Laserquelle beschädigt.
Schmaleres Prozessfenster: Die Verarbeitung wird sehr empfindlich gegenüber Leistung, Fokusposition und Scangeschwindigkeit, was zu instabilen Ergebnissen führt.
Schwierige Erstschmelze: Zu Beginn der Verarbeitung verhindert eine geringe Absorption eine stabile Schmelzbeckenbildung, die eine höhere Energiedichte erfordert.
VI. Methoden zur Verbesserung der Infrarotlaserabsorption bei hochreflektierenden Materialien
Steigerung der Leistungsdichte: Verringerung der Spotgröße oder Erhöhung der Spitzenleistung zur Stärkung der Anfangsenergieanbindung.
Verwenden Sie modulierte Laserverfahren (z. B. MOPA-Impulse): Hohe Spitzenleistung in Impulsen kann die Materialoberfläche schnell erwärmen und die Reflexionsfähigkeit reduzieren.
Vorbehandlung der Oberfläche: Die Absorption kann durch Raub, Sandblasen, Reinigung oder kontrollierte Oxidation verbessert werden.
Verwenden Sie variable Wellenformen oder Multimode-Lasern: Verschiedene Impulsbreiten und -frequenzen verbessern die Absorptionsstabilität.
Verwenden Sie blaue oder grüne Laser anstelle von Infrarot: Sichtlichkeitslaser haben je nach Ausrüstungsanforderung eine deutlich höhere Absorption von Kupfer, Aluminium und ähnlichen Materialien.