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研究生:李祐昌
研究生(外文):You-Chang Lee
論文名稱:雷射劃線光束調製技術運用在軟性銀膠基板之研究
論文名稱(外文):Laser scribing with beam shaping technology on silver flexible substrate
指導教授:莊賀喬莊賀喬引用關係
口試委員:張元震蕭俊祥
口試日期:2013-07-30
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:機電整合研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:56
中文關鍵詞:光束整型(Beam shaping)平頂光束(Top-hat beam)皮秒雷射(Picosecond laser)Ag/PET薄膜
外文關鍵詞:Beam shapingTop-hat beamPicosecond laserAg/PET thin film
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雷射光束大部分多以高斯分佈型態出現,由於光束的能量分佈不均(中強邊弱),不適合雷射加工所使用,所以衍生了需多雷射光束整型(Beam shaping)的研究。在本研究中雷射劃線的樣品為Ag (Silver) / PET (Polyethylene terephthalate) 薄膜,在雷射波長532nm的奈秒雷射劃線Ag/PET薄膜時可以產生U型的工件剖面,但是在同樣波長的皮秒雷射加時卻產生V型的工件剖面,這是因為雷射脈衝時間的差異所造成的結果。
為了讓皮秒雷射在雷射劃線於Ag/PET薄膜之後也可以產生相同的U型工件剖面,因此本研究採用了光束整型器(Beam shaper)來獲得平頂光束(Top-hat beam),此光束整型器是運用了光學繞射(Diffraction)效應改變雷射高斯光束的分佈以達到平頂光束的效果。
本研究運用光形檢測器(Laser beam profiler)分析檢測雷射光束剖面能量分佈,再利用金相顯微鏡(Metallurgical microscope)檢驗樣品剖面形狀,以雷射掃描共軛焦顯微鏡(Confocal Laser Scanning Microscope)測量並紀錄劃線加工後樣品剖面形狀。本研究證實皮秒雷射加入光束整型器後,可使雷射劃線於Ag/PET薄膜樣品上的V型剖面轉換成U型剖面,並成功的減少底層材料(PET)的損傷與增加上層材料(Ag)的強度,讓雷射劃線的加工運用更加廣泛。

The profile of laser beam is generally a function of Gaussian distribution. The most laser energy concentrates in the middle of the beam. Therefore many studies are concerning on the laser beam shaping technology nowadays. In this study we presents the laser scribing experiments on Ag/PET film and a green nanosecond laser is used to make a cross-sectional U-type profile on the substrate. However, if a picosecond laser is used for scribing experiments, it causes a V-type profile under the same conditions due to the differences between the pulse widths of laser beam.
To achieve cross-sectional U-type profile on the substrate by using a green picosecond laser, a beam shaper is used in this study. The Gaussian beam of the laser is changed the Top-hat beam based on the diffraction effect.
In test, the laser beam is analyzed by a laser beam profiler and the cross-sectional profiles of samples are observed through a metallurgical microscope. The scribed samples are also measured by a confocal laser scanning microscope. Finally, a cross-sectional U-type profile on the Ag/PET substrate is successfully scribed a picosecond laser with a beam shaper, and thus reduces the material removing of PET and increases strength of silver.


中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 v
第一章 序論 1
1.1 前言 1
1.2 研究目的 1
1.2.1 研究動機 1
1.2.2 研究目的 2
1.3 論文架構 4
第二章 雷射加工與光束調製原理 5
2.1 何謂雷射加工 5
2.2 雷射原理與特性 6
2.2.1 雷射原理介紹 6
2.2.2 雷射種類介紹 8
2.2.3 雷射觸發特性 12
2.3超快雷射介紹 14
2.4 光學調製元件介紹 16
2.4.1 分光鏡 16
2.4.2 擴束鏡 17
2.4.3 聚焦鏡 18
2.4.4 透鏡像差 20
第三章 實驗設備與操作方法 22
3.1 機械設備與加工平台 22
3.2 光學系統與元件 23
3.2.1 光路架構 23
3.2.2 光束整型 24
3.3 雷射觸發控制系統 31
3.4 實驗步驟與參數 34
3.5 實驗儀器 35
第四章 實驗結果與討論 37
4.1 實驗數據說明 37
4.2 結果分析討論 50
第五章 結論與未來展望 52
5.1 結論 52
5.2 未來展望 53
參考文獻 54


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