您知道吗？Coherent 高意是 CO2 激光器的先驱，于 1966 年推出了我们的首款商业产品。这只是他们第一次在贝尔实验室发明两年后。在接下来的几十年里，CO2 激光器迅速成为汽车生产、半导体和电子制造等行业中焊接、切割、打标和雕刻应用的热门来源。
CO2 激光器有时被认为是一项传统技术。事实上，CO2激光器现在已经进入第七十年，根本不会退役。相反，它们在现有和正在开发的应用中的应用更为广泛。
虽然 Kilowatt CO2 激光器在 2010 年左右获得商业牵引力后，金属加工方面的优势有所下降，但非金属材料的许多应用仍然依赖于低功率和高功率 CO2 激光器。
CO2 激光器在哪里发光？
将 CO2 激光器保留在图片中的部分内容是基本物理学。CO2 激光器输出的波长约为 10 μm，许多不同的材料都能很好地吸收波长，包括塑料、木材、纸板和皮革等有机物、天然和合成纺织品、橡胶、复合材料、玻璃陶瓷。相反，几乎所有这些材料都无法很好地吸收光纤激光器的 1 μm 波长光。
除了这些材料外，水还强烈吸收 CO2 激光器，使得这些激光器特别适用于手术应用，因为大多数组织，甚至骨头，都含有大量的水。
什么不能很好地吸收 10 μm 激光器？ 答案：导电金属。因此，相干公司使用铜和铝等金属基板生产高性能激光器镜和其他反射光学元件元件。
更好的 CO2 激光技术
CO2 激光器保持相关性的另一个原因是该技术的不断改进。这使得今天的 CO2 激光器比其前辈更高效、更可靠、更经济。
早期几代多千瓦 CO2 激光器利用了快速流动的气体通过或穿过激光器腔，这只是早期低功率“慢流”激光器的放大。但是这种方法在运营成本、系统尺寸、效率和可靠性方面具有很高的价格。
图1 . 左侧的平板激光器设计，非常适合功率缩放，右侧为波导，用于较低功率；两种激光谐振器设计均提供出色的模式质量和功率稳定性。
扩散冷却 （DC）、平板 CO2 激光器的发展，如高功率 （1-8kW） Coherent DC 和中等功率 (120-1000W） Coherent DIAMOND J 系列， 彻底改变了这项技术。在这种设计中，激光器气体被限制在水冷的两个大型平电极之间，从而实现更有效的散热。 这种简化的设计显著降低了气体使用量，提高了壁插效率和可靠性。 到目前为止，没有其他公司使用这项技术生产多千瓦 CO2 激光器。
与传统的快流 CO2 激光器相比，这些平板激光器的底线优势是尺寸更紧凑、气体消耗可忽略不计，输出光束质量更高。平板激光器可以在 1 kW 或更小的功率水平下完全密封，并“半密封”以进行多 kW 操作。这可以产生更小尺寸的激光器头，无需大型外部储气瓶。总而言之，这大大简化了集成，大大降低了操作和维护成本。
Coherent DIAMOND C/Cx 系列等功率低于 120 W 的低功率 CO2 激光器采用密封波导结构，该结构已使用数十年。但是，这些激光器在设计和操作的各个方面不断进行渐进式改进，继续带来收益。因此，DIAMOND C/Cx 激光器的可靠性、性能、稳定性和使用寿命比以往任何时候都高。
DIAMOND C/Cx 系列 CO2 激光器的功能已通过直接集成调制器甚至腔内 q 开关得到扩展。这使得这些激光器能够服务于要求更高、精确更高的应用，特别是在平板显示器和微电子制造应用中。
CO2 激光器的应用彩虹
CO2激光器的应用范围非常广泛，以至于在这里列出它们是不切实际的。以下是按行业细分的一些关键应用的概述：
汽车和一般工业
- 气囊切割： CO2 激光器可以精确、快速地切割安全气囊中使用的坚韧、紧密编织的材料。这可确保边缘清洁并保持材料的完整性，这对安全气囊系统的安全性和可靠性至关重要。切割过程密封切割边缘，使得安全气囊材料不会发生磨损。
图 2：安全气囊切割是激光器的绝佳应用，可轻松切割机械坚韧的织物并密封切割边缘，因此不会磨损
- 仪表板评分：仪表板和安全气囊盖的战略弱化/划痕使汽车内部设计更加自由，同时确保安全气囊的功能。
- 聚合物部件切割：对于传感器、雾灯或其他组件，也需要对批量生产零件进行微定制，例如用于不同汽车型号/选项的保险杠。在这里，激光器可以实现操作灵活性（可以轻松定义或更改孔型），并产生平滑且无缺陷的切割边缘。
图 3：CO2 激光器将定制配置切割成注塑缓冲器坯。
- 母线剥线： CO2 激光器可以在焊接之前快速有效地去除汇流排的绝缘层。激光器通常成对使用，可同时剥离汇流排的两侧。
图 4：去除绝缘材料效果良好，CO2 激光器被绝缘材料吸收，但被下面的铜反射。
- 管材和型材焊接：CO2 激光器广泛用于连续焊缝管道，以将其密封。这是“轮廓焊接”的一种形式，这种工艺通常用于创建坚固、无缝的接头，这些接头遵循所接合零件的轮廓。
半导体和电子器件
- 切割和钻孔：CO2 激光器用于在印刷电路板上切割（剥离）和钻孔（称为“通孔”）。他们还可以钻低温共烧陶瓷 （LTCC）。这种材料用作微电子基板，特别是在构建薄的多层器件时，例如闪存 RAM。
- 激光尖峰退火： 高功率 CO2 激光器可实现晶圆退火，这是 IC 制造 （FEOL） 生产线前端的一步
- 平板显示器：调制和 q 开关 CO2 激光器，提供 FPD 生产中的电池和偏振片切割所需的最小热影响区和优异边缘质量。
- 剥线：使用激光器可以精确去除材料，这使得它们特别适用于剥离小规格电线的绝缘。
包装
- 转换：这是将纸张、塑料、纸板、箔或薄膜转化为成品包装的过程。CO2 激光器因其速度、灵活性和可靠性而用于转换中的许多切割任务。通过选择输出波长与材料吸收特性非常匹配的 CO2 激光器，可以优化加工；相干公司为此提供输出波长为 9.3 μm、10.2 μm 和 10.6 μm 的 CO2 激光器。
- 纸板/纸板：对纸板包装的需求不断增加，推动了箱子制造的效率和灵活性，高功率 CO2 激光器提供了一种快速、高效和灵活的技术来批量生产箱子。 这项技术提供了“按需包装盒”的功能，因此为要装运的物品创建了精确尺寸的包装盒。
- 灵活切割/穿孔：CO2 激光器很容易在薄膜和箔片中产生穿孔，并广泛用于“易开式”包装的生产。它们也是改性大气包装 （MAP） 的理想选择，这些是用塑料袋制成的小孔阵列（微穿孔），用于预包装沙拉和其他产品。它们允许空气流通并延长产品新鲜度。
- 压板切割：大批量转换应用通常使用犁板将精确的形状或图案切割成包装材料。这些板通常由胶合板或复合材料制成，金属切割模具嵌入其中。CO2 激光器由于精确高，能够以几乎无锥度制造复杂、干净的切割，因此广泛用于切割犁板槽。
图 5：将精确和平行的插槽切割成厚的犁板。
- 数字模切：使用高功率 CO2 激光器直接切割瓦楞纸板可实现高灵活性，从而实现销售点显示屏和创意包装解决方案的小型系列生产。
图 6：直接切割纸板无需模具板即可实现灵活的数字模具切割。
- 吻切：激光器切割双层材料的顶层，而不切割底层。这种技术通常用于生产标签、贴纸和贴纸，使粘合剂产品能够轻松地从背衬上剥离以供应用。CO2 激光器接吻切割可确保精确和一致性，是批量生产定制形状粘合剂产品的理想选择。
- 打标：包装中使用的许多材料，包括聚合物和陶瓷，都使用 CO2 激光器进行有效标记。
纺织品
- 切割： 对织物、皮革和帆布进行激光切割，可实现高速和精确。
- 褪色/仿旧： 激光器提供了一种快速、可控且环保的方法，以模仿年龄外观的方式标记牛仔裤。它们还可以用于在牛仔裤和其他面料上复制图形和图案。
医学
- 手术：水对 CO2 波长的强吸收使这些激光器成为高效的手术工具。它们尤其用于牙科和口腔手术，切割骨骼和牙釉质以及软组织。
- 皮肤科：CO2 激光器能够精确去除薄层皮肤，而不会显著影响周围组织。它们用于治疗皱纹、疣、胎记和其他皮肤病。
这只是当今 CO2 激光器所服务应用的样本。由于它们是长波红外光的唯一实用来源，并且由于许多材料很好地吸收了这种光，CO2激光器将在未来几年内仍然是一个相关的工具。因此，经过 60 年的服务，CO2 激光器还远未退役。详细了解 Coherent 高意高功率和低功率 CO2 激光器。
