如何正确选择CO2激光器的波长（9.3um,10.2um,10.6um）
美国Novanta旗下的新锐Synrad品牌在几十年以来一直在为全球提供多种系列的CO2激光器，Synrad CO2激光器在全球已经具有很大的知名度，不仅系列多，型号多，其中CO2激光波长就有三种9.3um,10.2um和10.6um供选择。此次，专为这三种CO2激光波长在不同材质下的应用效果做详解，使得用户能够选择出合适自己应用的二氧化碳激光器。
激光波长的重要性
每一种材料都有属于它自身特有的吸收光谱，也就是说，特定材料比其他材料更容易吸收某些波长的光。这就说明激光能产生特定波长的光，将特定波长的光与易于吸收的材料配对，就能获得更高质量的应用效果，而且加工本身也会更快。
激光类型
不同的类型激光（包括CO2、光纤、YAG、紫外线等）的决定性特征之一是其波长。
CO2 激光器的波长较长，约为9.3-10.6µm，其中最常见的波长为10.6µm。这些波长与聚合物、陶瓷、纺织品、纸张或木材等天然材料以及某些金属的吸收光谱非常匹配。相比之下，波长较短的YAG或光纤激光器在金属中的吸收率更高。
CO2激光波长9.3um,10.2um,10.6um应用
一旦选择了激光器类型，就可以针对特定材料优化波长。CO2激光器通常有三种波长：9.3um，10.2um，和10.6um。如何正确选择CO2激光器的波长呢。
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波长 |
应用 |
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10.6 µm |
– 该波长适用于大多数常见的打标、雕刻和切割应用。 |
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10.2 µm |
– 标签和包装中常见的聚丙烯薄膜（OPP、CPP、PP）在此波长下进行切割或打孔时，速度可提高2.5-4倍。 – 亮面纸板包装（Glossy Paperboard Packaging）在此波长下的打标对比度更高，因为包装表面有一层聚丙烯。 |
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9.3 µm |
– PET材料有多种形式，它通常用作硬包装（尤其是水瓶或饮料瓶），另外，PET薄膜不仅可用于包装，还可用作电子产品屏幕保护膜。在打标时，此波长可产生高对比度的磨砂外观，非常适合永久性日期代码或批次标记。在切割时，该波长可将切割边缘的熔化或热影响区（HAZ）降到最低，从而获得更高质量的切割效果。 – 使用该波长的高峰值功率版本，可对用于LCD显示屏的偏光片（Polarizer Films for LCD Displays）进行干净利落的切割，并将熔化或热影响降至最低。 – 聚酰亚胺（Kapton）薄膜常用于电子产品。该波长的高功率峰值可降低这种材料的炭化特性，在切割、钻孔或烧蚀时产生更好的效果。 – 在激光切割或钻孔时，FR4/FR2印刷电路板都容易产生炭化现象。该波长的高峰值功率版本可显著降低这种影响，从而获得更高质量的结果。 – 聚碳酸酯因其耐用性而广泛应用于各行各业。该波长的高峰值功率版本可显著减少激光加工这种材料时常见的炭化和褪色现象。 – Pebax材料通常用于医用管道。在切割或烧蚀Pebax时，这种波长的气化效果更好，熔化更少。 |
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请注意，虽然10.2和9.3µm波长在加工某些材料方面表现出色，但它们也能加工一些常见的材料。如果您计划处理多种材料，请联系应用工程师帮助您选择最适合的波长。 |
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应用实例：聚丙烯 (PP)
如下图，是聚丙烯的吸收光谱图，峰值表示吸收率较高的波长。其中，两条红线分别代表9.3和10.6µm。绿线代表10.2µm，由图可知，绿线对应一个较好的吸收峰值。据此，推测出10.2µm在打标和切割应用中的性能将优于其他CO2波长。
图1：聚丙烯的吸收光谱图
如下图，是10.2µm和10.6µm波长的激光器在亮面纸板进行打标对比：
图2：10.6µm：数字虽然清晰可辨，但标记不连续(左图) 10.2µm：打标出的数字干净、清晰，连续(右图)
如下图，是10.2µm和10.6µm波长的激光器切割OPP/BOPP薄膜对比：
图3：10.6µm：切割时会产生明显的熔边（左图）
10.2µm：切割速度是原来的2.5倍，切割出的边缘清晰，熔边极少（右图）
应用实例： 聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）
在下列的PET吸收光谱曲线图中，两条红线分别是10.2µm和10.6µm，绿线是9.3µm。其中，代表9.3µm 的绿线位于吸收峰值处，因此，再次期待在该波长处具有更好的应用效果。
图4：PET的吸收光谱图
如下图，是9.3µm和10.6µm波长的激光器为PET瓶打标对比：
图5：10.6µm：虽然标记清晰可辨，但几乎看不见。由于传输率较高，还存在刺穿材料的危险（左图）
9.3µm：标记为磨砂白色，更清晰可见。9.3µm还能与材料表面相互作用，将穿刺风险降至最低（右图）
如下图，是9.3µm和10.6µm波长的激光器为切割PET薄膜对比：
图6：10.6µm：切割会产生大量碎屑，并在切割边缘产生更多熔化物（左图）
9.3µm：切割后的边缘干净整洁，无残留，熔化程度极低（右图）
总结
通过上述的图示以及实例对比，可以知道，为材料选择合适的激光波长，不仅可以获得更高质量的应用效果，而且还能以更高的速度进行加工，提高工作效率。另外，优化激光能量的吸收对于薄膜等敏感材料或标签选择性切割等高公差工艺是很重要的。
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