在性能、可靠性和價值方面不斷創(chuàng)新，這使最古老的雷射技術保持了競爭力。

您知道嗎？ Coherent 是 CO₂ 雷射的先驅，于 1966 年推出了我們的首款商業(yè)產品。這距離二氧化碳雷射在貝爾實驗室首次發(fā)明僅過去了兩年。在接下來的幾十年里，CO₂雷射迅速成為汽車生產、半導體和電子制造等行業(yè)中焊接、切割、打標和雕刻應用的熱門來源。

CO₂雷射有時被認為是一項傳統(tǒng)技術。事實上，CO₂雷射現(xiàn)在已經進入第七十年，根本不會退役。相反，它們在現(xiàn)有和正在開發(fā)的應用中的應用更為廣泛。

雖然自 2010 年左右光纖雷射獲得商業(yè)應用以來，千瓦級二氧化碳雷射在金屬加工領域的主導地位有所下降，但非金屬材料的許多應用仍然依賴于低功率和高功率 CO₂雷射。

CO₂雷射在哪些領域大放異彩？

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

此外，水對二氧化碳雷射發(fā)出的光有很強的吸收作用，這使得這些雷射特別適用于手術應用，因為大多數(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：導電金屬。因此，Coherent 使用銅和鋁等金屬基板生產高性能雷射鏡片和其他反射光學元件。

CO₂雷射技術不斷升級

CO₂雷射保持競爭力的另一個原因是該技術的不斷改進。這使得今天的CO₂雷射比其前輩更高效、更可靠、更經濟。

早期的高功率千瓦級二氧化碳雷射采用氣體快速流動通過激光諧振腔的設計，這不過是早期低功率“慢流”雷射的放大版。但是這種方法在運營成本、系統(tǒng)尺寸、效率和可靠性方面具有很高的性價比。

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

擴散冷卻（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，徹底改變了這項技術。在這種設計中，雷射氣體被限制在水冷的兩個大型平電極之間，從而實現(xiàn)更有效的散熱。這種簡化的設計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，沒有其他公司使用這項技術生產多千瓦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優(yōu)勢是尺寸更緊湊、氣體消耗可忽略不計，輸出更高質量光束。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。這可以生產更小尺寸的雷射頭，無需大型外部儲氣瓶?？偠灾@大大簡化了系統(tǒng)整合，大大降低了操作和維護成本。

Coherent DIAMOND C/Cx 系列等功率低于 120 W 的低功率CO₂雷射采用密封波導結構，該結構已使用數(shù)十年。但是，這些雷射在設計和操作的各個方面不斷進行漸進式改進，繼續(xù)帶來效益。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候都高。

DIAMOND C/Cx 系列 CO₂雷射的功能已通過直接整合控制器，甚至腔內脈沖產生器（q-switch）開關得到擴展。這使得這些雷射能夠服務要求更高、精確度更高的應用，特別在平面顯示器和微電子制造應用中。

CO₂雷射應用廣泛

CO₂雷射的應用范圍非常廣泛，在此無法一一列舉。以下是按行業(yè)細分的一些關鍵應用的概述：

1、汽車和一般工業(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，這對安全氣囊系統(tǒng)的安全性和可靠性至關重要。切割過程密封切割邊緣，使得安全氣囊材料不會發(fā)生磨損。

圖 2. 安全氣囊切割是雷射的絕佳應用，可輕松切割堅韌的織物并密封切割邊緣，因此不會磨損。

?儀表板刻痕：儀表板和安全氣囊蓋弱化/劃痕使汽車內部設計更加自由，同時確保安全氣囊的功能。

?聚合物部件切割：對于傳感器、霧燈或其他元件，也需要對量產零件進行微加工，例如用于不同汽車型號/區(qū)域的保險桿。在這里，雷射可以實現(xiàn)操作靈活性（可以輕松定義或更改孔型），并產生平滑且無缺陷的切割邊緣。

圖 3. CO₂雷射將切割塑鋼保險桿。

?平角線剝線：CO₂ 雷射可以在焊接之前快速有效地去除總線的絕緣層。雷射通常成對使用，可同時剝離總線的兩側。

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固、無縫的接頭，這些接頭遵循所接合零件的輪廓。

2、半導體和電子器件

?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，特別是在構建薄的多層器件時，例如快閃存儲器 RAM。

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

?平面顯示器：q-switch 開關CO₂雷射，提供 FPD 生產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)異邊緣質量。

?剝線：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的絕緣層。

3、包裝

?成型：這是將紙張、塑膠、紙板、箔或薄膜轉化為成品包裝的過程。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。通過選擇輸出波長與材料吸收特性非常匹配的 CO₂雷射，可以優(yōu)化加工；Coherent 為此提供輸出波長為 9.3μm、10.2μm和 10.6μm 的CO₂雷射。

?瓦楞紙板：對紙板包裝的需求不斷增加，推動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、高效和靈活的技術來量產箱子。這項技術提供了“客制化包裝盒”的功能，因此為要裝運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生穿孔，并廣泛用于“易開式” 包裝的生產。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品。它們允許空氣流通并延長產品新鮮度。

?刀模切割：大量成型應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，能夠制造復雜、干凈的切割，幾乎無錐度，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現(xiàn)高靈活性，從而凸顯銷售重點和創(chuàng)意包裝解決方案的小量生產。

圖 6. 直接切割紙板無需模具板即可實現(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。這種技術通常用于生產標簽、貼紙和和貼紙含粘合劑產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，是量產特殊形狀粘性產品的理想選擇。

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

4、紡織品

?切割：對織物、皮革和帆布進行激光切割，可實現(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記牛仔褲。它們還可以用于在牛仔褲和其他材料上復制圖形和圖案。

5、醫(yī)學

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

?皮膚科：CO₂雷射能夠精確去除薄層皮膚，而不會顯著影響周圍組織。它們用于治療皺紋、疣、胎記和其他皮膚病。

這只是當今CO₂雷射應用的范例。由于它們是遠紅外光唯一實用的來源，并且由于許多材料很好地吸收了這種光，CO₂雷射將在未來幾年內仍然是一個實用的工具。因此，經過60年的服務，CO₂雷射還未退役。