｜皮秒光纖雷射與材料加工

摘要：皮秒雷射為近年來精密工業發展之應用工具。隨著台灣半導體製程、TFT、綠能製程技術急速升級，加工品質需求由數十微米提升至次微米，急需具有高品質之加工技術以解決此一問題。皮秒光纖雷射有低熱擴散、低非線性效應與低成本的優勢，相當適合現階段台灣半導體、平面顯示器與綠能產業的製程需要。本文中將介紹皮秒光纖雷射之設計與製作，從光纖雷射之基礎材料與光纖基礎原理開始做說明，並指出皮秒雷射設計需注意之重點事項，最後介紹工研院南分院所自行開發之皮秒光纖雷射，利用實際案例使讀者更加了解皮秒光纖雷射系統。

Abstract: Pico-second pulse lasers provide shorter pulse width than nano-second fiber laser and decrease the thermal effect on the worked pieces.  Therefore, pico-second pulse lasers are the important tools for precision micro-machining industrial recently. As the precision processing needs for semiconductor, TFT and solar cell manufacture enhance from several decadal microns to sub microns scale in recent years, the demands of high precision lasers are increasing very fast. Pico-second fiber lasers have very good laser characters such as low cost, low nonlinear effects and low thermal diffusion effect, and therefore become very attractive in laser industrial. In this paper, we introduce pico-second fiber laser design and manufacture technique, such as the basic material of optical fiber, the fundamental principles to design a pico-second laser, and the latest pico-second fiber laser development in ITRIS which leads readers to understand the pico-second fiber laser system more easily.

關鍵詞：雷射、皮秒雷射、脈衝、光纖

Keywords：Laser, Picosecond laser, Pulse, Fiber

國內雷射產業發展之近況
目前國內業界主要使用長脈衝雷射加工，雷射之加工已被廣泛應用於精密機械加工方面，由於雷射具有非接觸加工方式，合適應用於許多製程之中，如TFT LCD壞點修補、LED晶粒切割、太陽能面板isolation、CIGS應用等，過去傳統的雷射應用多為金屬件、PCB等切割鑽孔，此方面的雷射特性為大功率且功率為連續式輸出，所要求之切割品質不高，而現在許多光電產品之加工所使用的雷射為奈秒級脈衝雷射，一些加工的熱效應問題仍然存在，在微細尺寸應用場合，已經逐漸浮現製程精度不易控制與成型區域周圍之材料物性受到改變，無法應用於目前產業界亟需解決的生產技術。皮秒雷射具有極低熱影響區、加工表面潔凈度高與高效率能量應用的優勢，因此越來越多的國外單位積極應用於諸多高精密，高附加價值的產品製造上。皮秒雷射微細加工技術國外技術正在萌芽，國內相關產業尚未完全投入，技術能力有相當差距。隨著台灣製程技術急需升級，我們需開發下世代的雷射加工技術，在產業中所需之雷射源希望其功率穩定性高、價格便宜、使用方便、少維修等特性，皮秒光纖雷射提供了諸多的優點：1.幾乎全光纖的雷射系統，大幅提高可適應的工業環境。2.由於都在光纖內作傳輸，等效上來說有自適應系統的光學設計優點。3.以皮秒脈衝來說，光纖的表面積與體積比很高，容易解決雷射散熱問題。4.光纖模式下的雷射源絕大部分維修僅需要熔接機，維修簡易且粉塵影響低。因此皮秒雷射源之自主技術為產業升級之主要關鍵，於此文章中我們將介紹皮秒光纖雷射相關設計原理藉以協助讀者對於皮秒光纖雷射有進一步之了解。