Лазерный мир

М.Афонькин, к.т.н.,СЗГЗТУ; Е.Ларионова, СЗГЗТУ;бС.Горный, к.т.н., ООО «Лазерный центр» // Фотоника, №5, 2010, с: 4-10

Нанесение маркировки в последние годы – обязательная процедура в технологической цепочке. Благодаря низкой себестоимости лазерная гравировка на современном этапе способна захватить нишу объектов в системах контроля и маркировки грузов у радио-частотной идентификации (RFID), рынок которой пока развивается медленно. В статье проанализированы отечественные маркировочные комплексы. Рекомендованы оптимальные параметры рабочих режимов для регистрации графической информации с точки зрения сочетания параметров излучения и материалов.

Для исследования влияния лазерного излучения различной генерации на формирование в поверхностных слоях металла кластерных структур различных цветовых оттенков использовались системы прецизионной лазерной маркировки (СПЛМ) и прецизионные лазерные маркирующие комплексы (ПЛМК). Все установки снабжены одинаковой лазерной сканирующей головкой, выполненной на базе  гальванометрических сканаторов, и одинаковым объективом плоского поля. Сканирующая головка обеспечивает во всех случаях перемещение луча в поле 100×100 мм2 с точностью (повторяемостью) контура 2,5 мкм.

Оборудование, представленное для экспериментальных работ, – это современные лазерные системы. Одни базируются на ламповой накачке, другие на новейших разработках в области лазерной техники, полупроводниковой накачке. Выбор оборудования определялся, с одной стороны, его доступностью для проведения экспериментальных исследований, с другой, – специфическими особенностями распределения плотности светового потока по диаметру
пучка излучения.

Системы, выполненные на базе твердотельного Nd:YAG-лазера, имеют распределение энергии по площади пятна с явно выраженным пиком в его центре (гауссово распределение) и ярко выраженной многомодовостью излучения при определенных мощностях. Облучение материала излучением такого лазера неравномерно по площади. Поэтому реакции материала на падающее излучение в разных зонах отличаются. И определенные физические явления возникают только в тех зонах, которые поглотили световой поток (рис.1, 2) достаточной плотности. Все диаграммы пространственного распределения мощности лазерного излучения комплексов Д’Марк-06, БетаМаркер-2010, ДиоМаркер-Д10, МиниМаркер — М10, МиниМаркер-М20 построены на основании замеров, проведенных в ООО «Лазерный центр» (Санкт-Петербург).

Особенность структуры распределения энергии в пучке волоконного лазера состоит в более равномерном распределении энергии по пятну лазера.

Важной характеристикой оптической системы, влияющей на геометрические характеристики отпечатка, является глубина фокусировки используемых лазеров. Преобразованный оптической системой лазерный луч имеет в области фокусировки вид каустики, гиперболоида вращения с диаметром d0 перетяжки пучка. Чем больше глубина фокусировки оптической системы, тем выше вероятность приложения максимальной мощности к поверхности материала, определяемой диаметром отпечатка. Форма пучка и глубина резкости b при его фокусировке (рис.5) различаются для разных типов лазеров. Таким образом, для поглощения максимальной энергии импульса перед лазерной обработкой необходимо провести юстировку пучка таким образом, чтобы на поверхность материала попала перетяжка пучка в диапазоне b.

Результаты экспериментальных исследований дали возможность в определенной степени понять особенности воздействия импульсного лазерного излучения различной генерации на образование цветных оксидосодержащих структур на поверхности металлов и выработать рекомендации по использованию того или иного оборудования. Показано, что на различных лазерных комплексах можно подобрать такие технологические параметры, чтобы мощность излучения, от которой зависит формирование цветных структур, была одинакова. Кроме того, были получены аналитические зависимости эквивалентных технологических параметров установок.

Полное содержание статьи: http://www.photonics.su/files/article_pdf/2/article_2526_762.pdf