dpss

DPSS是全固態半導體激光器的簡稱。窄脈寬、短波長紫外二極管泵浦固體激光器（DPSS, Diode Pumped Solid State laser）的最新進展促進了工業生產系統的發展。過去，DPSS激光器比較適用於科研而不適於工業生產。隨着DPSS激光器的進展，現已開闢出很多可能的應用，包括紅外、脈衝連續波以及Q開關產生具有多脈衝寬度的脈衝光波。與其他種類的激光器相比，DPSS激光器在調控脈衝形狀、重複頻率和光束質量等方面具有較大的靈活性，其生成的諧波允許用户獲得適於多種材料加工的較短波長的光束。

激光器的選擇不僅與應用有關，而且與激光束的特性直接相關。例如，用於大面積圖形加工的準分子激光器能發出具有較低脈衝重複頻率（一般低於1kHz）的較粗光束。準分子能產生具有中等脈衝重複頻率的高脈衝能量的激光束。所使用的基於Nd∶YVO4的DPSS激光器能產生大約1?滋m波長的紅外光束，利用諧波振盪器進行二倍頻（輸出綠光）、三倍頻（輸出近紫外光）或者四倍頻（輸出深紫外光）。

利用紫外DPSS激光器產生光子的成本費用要高於用準分子激光器產生光子的費用，但相比之下，紫外DPSS激光器具有加工處理速度快、靈活性大、光束利用效率高和生產率高等優點。在許多應用中，如芯片劃割或打細孔等，這些優點足以彌補差額費用；而準分子激光器在退火中的泛光束曝光和用近場掩模成像的大面積圖形加工處理（在這裏掩模具有勻化光束的作用）中仍佔優勢。

一個100W的準分子激光器能輸出大約60W的有效運轉功率。100W激光器的平均售價大約為14萬美元，每瓦的輸出功率成本費用約為2300美元。相比之下，一個輸出功率為2W的266nm的DPSS激光器系統的價格為13萬美元，每瓦的成本實際上為65000美元。因此，準分子激光器產生光子的成本費用遠低於紫外光子的成本費用。若用光子泛光照射以去除芯片上的大量材料，準分子激光器系統的性價比無疑是最合適的；但若是把同樣的芯片切割成小塊，用紫外光子則能使加工成本降低3倍，因為利用紫外光子能把切割線寬從準分子激光束的15?滋m縮小至5?滋m。

如果準分子激光器不使用昂貴的光學系統，則不能聚焦成5?滋m小的光斑，而DPSS激光器使用較便宜的光學系統就能聚焦成5?滋m的光斑。實際上，2W的DPSS激光器相當於6W的準分子激光器。如果6W準分子激光器是60W激光器系統使用其10%的時間來獲得的，那麼在這種應用中，DPSS激光器具有較高的性價比。

在20世紀90年代中期，人們開始用準分子激光器切割藍光發光二極管的芯片和宇宙飛船組件上的藍寶石芯片。1998~1999年，利用準分子激光器系統中25%的激光束每小時能生產3個芯片，使用複雜的光學系統對光束進行幾何分光、最優化，然後將光束重新聚焦到芯片上。

激光公司現已成功研製出一種性能可靠的266nm短脈衝DPSS激光器，通常使用355nm和266nm這兩種波長。採用這種激光器可提高芯片的加工產量，每小時能加工8~10塊芯片。

當為某一種應用優化設計DPSS激光器時，一個可以聚焦得相當好的光束允許用户把很多光能集中到一個很小的光斑內。這種優化設計的激光器可進行多種加工任務，例如機械加工凹槽和比較深的孔。與難以聚焦成小光斑的較低亮度的激光束相比，DPSS激光器只須較少的光功率。

在芯片刻劃或硬質材料刻劃及切割中，DPSS激光器能在一個很小的面積內有效地穿透材料，一般利用成像物鏡把光束聚焦成一點，用焦點處的光斑進行加工，而準分子激光器是利用成像物鏡把光束成像為一個圖案。實際上，用户是用DPSS激光器的光斑直寫圖形，因而具有較大的靈活性，例如控制光斑移動寫入圖形的輪廓形狀及畫圓形拐角等；而用準分子激光器進行加工時，光束聚焦呈一線狀光束，在一個方向上進行刻劃，故刻劃出的圖形靈活性較差。

利用DPSS激光器可加工陶瓷、藍寶石、所有Ⅱ~Ⅵ族材料、氮化鎵、砷化鎵、磷化銦、磷化鎵和聚合物等材料。在加工時應避免使零件受熱，因為在高重複頻率情況下，輻射到零件表面的功率密度很高，故導致温度快速升高。已有幾種技術能夠在快速加工的同時保持熱不侵入到被加工的零件。 ^[1] 

功率密度和能量密度在加工中非常重要。功率密度的基本物理意義是：每秒鐘到達零件表面上的脈衝數量；而能量密度是光束聚焦密度的函數。即使採用紫外激光器，加工熱過載現象仍會發生。短脈衝DPSS激光器在材料加工處理中產生熱影響區較小，同時具有靈活的加工控制。脈衝數決定切割深度，短脈衝激光的高亮度（能量密度）為快速加工處理提供很多優越性。

短脈衝紫外DPSS激光器利用多光子吸收過程進行加工。如果能在較短時間週期內產生更多的光子，其能量便會增加並同時去除加工材料。使用的激光器為5~15ns，而大多數商品DPSS激光器在20~100ns範圍內。科學家們正研究皮秒和飛秒脈衝激光器系統。

DPSS激光器技術和加工能力的最新進展及其在魯棒性和可靠性方面的提高使其在工業加工領域得到了廣泛應用。然而，幾乎所有燈泵浦固體激光器都存在改變重複頻率和晶體材料變熱的問題，這説明光束質量是動態變化的。較新型的固體激光器採用激光二極管的單色光束泵浦，因而散發到激光棒裏的熱量比較少，用户能得到一個更好的聚焦光束。這些新型激光器有很高的可靠性，使用壽命在7500~10000h以上。與準分子激光器相比，這些激光器具有非常高的可靠性，這一點尤為重要。準分子激光器需要較多的維修服務，每運行100h後，需清潔光學系統和更換氣體等。

當購買工業等級的266nmDPSS激光器時，要對其進行全面測試，使所要購進的激光器能滿足您所期望的要求。激光器必須安放在工業環境使用的堅固封裝機殼內，這樣易於集成、使用壽命長、維護保養簡單和加工精度高等，且不需要更換燈、清潔晶體、更換光學系統和窗口零件或者更換氣體等。

JPSA激光公司已設計並製造出一種激光束傳輸系統，利用提高光束傳輸效率使低功率激光器獲得高加工產出率。但這些激光器的使用仍存在許多問題，這是因為它們的工作範圍為10kHz、20kHz、40kHz和60kHz，所以在零件上累積熱量。為了更好地利用這些激光器,通常使用快速移動激光束技術，此外還可將空氣軸承台集成到DPSS系統中，以便快速、精確地移動傳輸激光束。