在性能、可靠性和價(jià)值方面不斷創(chuàng)新，這使最古老的雷射技術(shù)保持了競(jìng)爭(zhēng)力。

您知道嗎？ Coherent 是 CO₂ 雷射的先驅(qū)，于 1966 年推出了我們的首款商業(yè)產(chǎn)品。這距離二氧化碳雷射在貝爾實(shí)驗(yàn)室首次發(fā)明僅過(guò)去了兩年。在接下來(lái)的幾十年里，CO₂雷射迅速成為汽車(chē)生產(chǎn)、半導(dǎo)體和電子制造等行業(yè)中焊接、切割、打標(biāo)和雕刻應(yīng)用的熱門(mén)來(lái)源。

CO₂雷射有時(shí)被認(rèn)為是一項(xiàng)傳統(tǒng)技術(shù)。事實(shí)上，CO₂雷射現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入第七十年，根本不會(huì)退役。相反，它們?cè)诂F(xiàn)有和正在開(kāi)發(fā)的應(yīng)用中的應(yīng)用更為廣泛。

雖然自 2010 年左右光纖雷射獲得商業(yè)應(yīng)用以來(lái)，千瓦級(jí)二氧化碳雷射在金屬加工領(lǐng)域的主導(dǎo)地位有所下降，但非金屬材料的許多應(yīng)用仍然依賴(lài)于低功率和高功率 CO₂雷射。

CO₂雷射在哪些領(lǐng)域大放異彩？

將 CO₂雷射保留在圖片中的部分內(nèi)容是基本物理學(xué)。CO₂雷射輸出的波長(zhǎng)約為 10μm，許多不同的材料都能很好地吸收這個(gè)波長(zhǎng)，包括塑膠、木材、紙板和皮革等有機(jī)物、天然和合成紡織品、橡膠、復(fù)合材料、玻璃陶瓷。相反，幾乎所有這些材料都無(wú)法很好地吸收光纖雷射的 1μm波長(zhǎng)。

此外，水對(duì)二氧化碳雷射發(fā)出的光有很強(qiáng)的吸收作用，這使得這些雷射特別適用于手術(shù)應(yīng)用，因?yàn)榇蠖鄶?shù)組織（甚至骨骼）都含有大量水分。

什么不能很好地吸收 10μm雷射？答案：導(dǎo)電金屬。因此，Coherent 使用銅和鋁等金屬基板生產(chǎn)高性能雷射鏡片和其他反射光學(xué)元件。

CO₂雷射技術(shù)不斷升級(jí)

CO₂雷射保持競(jìng)爭(zhēng)力的另一個(gè)原因是該技術(shù)的不斷改進(jìn)。這使得今天的CO₂雷射比其前輩更高效、更可靠、更經(jīng)濟(jì)。

早期的高功率千瓦級(jí)二氧化碳雷射采用氣體快速流動(dòng)通過(guò)激光諧振腔的設(shè)計(jì)，這不過(guò)是早期低功率“慢流”雷射的放大版。但是這種方法在運(yùn)營(yíng)成本、系統(tǒng)尺寸、效率和可靠性方面具有很高的性?xún)r(jià)比。

圖 1. 左側(cè)的平板雷射設(shè)計(jì)，非常適合功率縮放，右側(cè)為波導(dǎo)，用于較低功率 ; 兩種激光諧振器設(shè)計(jì)均提供出色的光模質(zhì)量和功率穩(wěn)定性。

擴(kuò)散冷卻（DC）、平板CO₂雷射的發(fā)展， 如高功率 (1-8kW) Coherent DC 和中等功率(120-1000W) Coherent DIAMOND J 系列，徹底改變了這項(xiàng)技術(shù)。在這種設(shè)計(jì)中，雷射氣體被限制在水冷的兩個(gè)大型平電極之間，從而實(shí)現(xiàn)更有效的散熱。這種簡(jiǎn)化的設(shè)計(jì)顯著降低了氣體使用量，提高了壁插效率和可靠性。到目前為止，沒(méi)有其他公司使用這項(xiàng)技術(shù)生產(chǎn)多千瓦CO₂雷射。

與傳統(tǒng)的快速軸流 CO₂雷射相比，這些平板雷射的底線(xiàn)優(yōu)勢(shì)是尺寸更緊湊、氣體消耗可忽略不計(jì)，輸出更高質(zhì)量光束。平板雷射可以在 1 kW 或更小的功率水平下完全密封，或“半密封”以提高更多kW能量輸出。這可以生產(chǎn)更小尺寸的雷射頭，無(wú)需大型外部?jī)?chǔ)氣瓶?？偠灾?，這大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)整合，大大降低了操作和維護(hù)成本。

Coherent DIAMOND C/Cx 系列等功率低于 120 W 的低功率CO₂雷射采用密封波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)已使用數(shù)十年。但是，這些雷射在設(shè)計(jì)和操作的各個(gè)方面不斷進(jìn)行漸進(jìn)式改進(jìn)，繼續(xù)帶來(lái)效益。因此，DIAMOND C/Cx 雷射的可靠性、性能、穩(wěn)定性和使用壽命比以往任何時(shí)候都高。

DIAMOND C/Cx 系列 CO₂雷射的功能已通過(guò)直接整合控制器，甚至腔內(nèi)脈沖產(chǎn)生器（q-switch）開(kāi)關(guān)得到擴(kuò)展。這使得這些雷射能夠服務(wù)要求更高、精確度更高的應(yīng)用，特別在平面顯示器和微電子制造應(yīng)用中。

CO₂雷射應(yīng)用廣泛

CO₂雷射的應(yīng)用范圍非常廣泛，在此無(wú)法一一列舉。以下是按行業(yè)細(xì)分的一些關(guān)鍵應(yīng)用的概述：

1、汽車(chē)和一般工業(yè)

?安全氣囊切割：CO₂雷射可以精確、快速地切割安全氣囊中使用的堅(jiān)韌、緊密編織的材料。這可確保邊緣清潔并保持材料的完整性，這對(duì)安全氣囊系統(tǒng)的安全性和可靠性至關(guān)重要。切割過(guò)程密封切割邊緣，使得安全氣囊材料不會(huì)發(fā)生磨損。

圖 2. 安全氣囊切割是雷射的絕佳應(yīng)用，可輕松切割堅(jiān)韌的織物并密封切割邊緣，因此不會(huì)磨損。

?儀表板刻痕：儀表板和安全氣囊蓋弱化/劃痕使汽車(chē)內(nèi)部設(shè)計(jì)更加自由，同時(shí)確保安全氣囊的功能。

?聚合物部件切割：對(duì)于傳感器、霧燈或其他元件，也需要對(duì)量產(chǎn)零件進(jìn)行微加工，例如用于不同汽車(chē)型號(hào)/區(qū)域的保險(xiǎn)桿。在這里，雷射可以實(shí)現(xiàn)操作靈活性（可以輕松定義或更改孔型），并產(chǎn)生平滑且無(wú)缺陷的切割邊緣。

圖 3. CO₂雷射將切割塑鋼保險(xiǎn)桿。

?平角線(xiàn)剝線(xiàn)：CO₂ 雷射可以在焊接之前快速有效地去除總線(xiàn)的絕緣層。雷射通常成對(duì)使用，可同時(shí)剝離總線(xiàn)的兩側(cè)。

圖 4. 去除絕緣材料效果良好，CO₂雷射被絕緣材料吸收， 但被下面的銅反射。

?管材和型材焊接：CO₂雷射廣泛用于連續(xù)焊縫管道，以將其密封。這是“輪廓焊接”的一種形式，這種工藝通常用于制造堅(jiān)固、無(wú)縫的接頭，這些接頭遵循所接合零件的輪廓。

2、半導(dǎo)體和電子器件

?雷射可切割和鉆孔：CO₂雷射用于在印刷電路板上切割（剝離）和鉆孔（稱(chēng)為“通孔”）。他們還可以鉆低溫共燒陶瓷（LTCC）。這種材料用作微電子基板，特別是在構(gòu)建薄的多層器件時(shí)，例如快閃存儲(chǔ)器 RAM。

?激光退火：高功率CO₂雷射可實(shí)現(xiàn)晶圓退火，這是 IC 制造（FEOL）前段生產(chǎn)線(xiàn)的制程之一。

?平面顯示器：q-switch 開(kāi)關(guān)CO₂雷射，提供 FPD 生產(chǎn)中的偏光片和電池芯片切割所需的最小熱影響區(qū)和優(yōu)異邊緣質(zhì)量。

?剝線(xiàn)：使用雷射可以精確去除材料，這使得它們特別適用于剝離小尺寸電線(xiàn)的絕緣層。

3、包裝

?成型：這是將紙張、塑膠、紙板、箔或薄膜轉(zhuǎn)化為成品包裝的過(guò)程。CO₂雷射因其速度、靈活性和可靠性而用于成型中的許多切割任務(wù)。通過(guò)選擇輸出波長(zhǎng)與材料吸收特性非常匹配的 CO₂雷射，可以?xún)?yōu)化加工；Coherent 為此提供輸出波長(zhǎng)為 9.3μm、10.2μm和 10.6μm 的CO₂雷射。

?瓦楞紙板：對(duì)紙板包裝的需求不斷增加，推動(dòng)了箱子制造的效率和靈活性，高功率CO₂雷射提供了一種快速、高效和靈活的技術(shù)來(lái)量產(chǎn)箱子。這項(xiàng)技術(shù)提供了“客制化包裝盒”的功能，因此為要裝運(yùn)的物品量身訂制精確尺寸的包裝盒。

?軟性包裝分切/ 打孔：CO₂雷射很容易在薄膜和箔片中產(chǎn)生穿孔，并廣泛用于“易開(kāi)式” 包裝的生產(chǎn)。它們也是改良式大氣包裝（MAP）的理想選擇，這些是用塑料袋制成的小孔陣列（微穿孔），用于包裝蔬果和其他產(chǎn)品。它們?cè)试S空氣流通并延長(zhǎng)產(chǎn)品新鮮度。

?刀模切割：大量成型應(yīng)用通常使用刀模將精確的形狀或圖案切割成包裝材料。這些刀模板通常由膠合板或復(fù)合材料制成，金屬切割模具嵌入其中。CO₂雷射由于精確度高，能夠制造復(fù)雜、干凈的切割，幾乎無(wú)錐度，因此廣泛用于切割刀模槽。

圖 5. 精確地切割厚刀模和平行的插槽。

?數(shù)位模切：使用高功率 CO₂雷射直接切割瓦楞紙板可實(shí)現(xiàn)高靈活性，從而凸顯銷(xiāo)售重點(diǎn)和創(chuàng)意包裝解決方案的小量生產(chǎn)。

圖 6. 直接切割紙板無(wú)需模具板即可實(shí)現(xiàn)靈活的數(shù)位模具切割。

?吻切：雷射切割雙層材料的頂層，而不切割底層。這種技術(shù)通常用于生產(chǎn)標(biāo)簽、貼紙和和貼紙含粘合劑產(chǎn)品能夠輕松地從背襯上剝離。二氧化碳雷射吻切確保了精度和一致性，是量產(chǎn)特殊形狀粘性產(chǎn)品的理想選擇。

?打標(biāo)：包裝中使用的許多材料，包括聚合物和陶瓷，都使用CO₂雷射進(jìn)行有效標(biāo)記。

4、紡織品

?切割：對(duì)織物、皮革和帆布進(jìn)行激光切割，可實(shí)現(xiàn)高速和精確。

?褪色/仿舊：雷射提供了一種快速、可控且環(huán)保的方法，以仿舊外觀的方式標(biāo)記牛仔褲。它們還可以用于在牛仔褲和其他材料上復(fù)制圖形和圖案。

5、醫(yī)學(xué)

?手術(shù)：水對(duì)CO₂波長(zhǎng)的強(qiáng)吸收使這些雷射成為高效的手術(shù)工具。它們尤其用于牙科和口腔手術(shù)，切割骨骼和牙釉質(zhì)以及軟組織。

?皮膚科：CO₂雷射能夠精確去除薄層皮膚，而不會(huì)顯著影響周?chē)M織。它們用于治療皺紋、疣、胎記和其他皮膚病。

這只是當(dāng)今CO₂雷射應(yīng)用的范例。由于它們是遠(yuǎn)紅外光唯一實(shí)用的來(lái)源，并且由于許多材料很好地吸收了這種光，CO₂雷射將在未來(lái)幾年內(nèi)仍然是一個(gè)實(shí)用的工具。因此，經(jīng)過(guò)60年的服務(wù)，CO₂雷射還未退役。