東莞市盛雄激光設備有限公司供稿
1.什么是皮秒 皮秒激光，即指其激光發射脈沖寬度時間為皮秒數量級，我們用來加工藍寶石的皮秒激光器脈沖寬度為6~10ps，脈沖重復頻率為400~600kHz，峰值功率達MW級。
亞皮秒也是一種時間量度單位，嚴格意義脈沖寬度應介于500ps~1ns之間的激光才能稱之為亞皮秒激光。
目前市場上切割藍寶石基片需要吹氮氣冷卻的激光器其脈沖寬度為0.2ms, 重復頻率為100 Hz, 峰值功率僅為KW級，與皮秒激光相比，兩者的脈沖寬度相差高達10000000倍，峰值功率相差高達1000倍。
溫馨提示：實際市場上有些激光公司所謂的亞皮秒激光，其跟皮秒激光根本不是同一概念，其實質是混淆視聽，只是為了在推銷機器時提高價格而已。
2.切割原理對比
皮秒激光：氣化切割方式
脈沖激光在高峰值功率激光束照射下，材料被高峰值功率瞬間加熱迅速升高至氣化溫度而無明顯融化，使得材料以氣體的形式從材料表面逸出。激光束經過高速位移的掃描振鏡反射后經平場鏡聚焦在藍寶石表面，多次重復轉圈運動，逐漸蝕刻藍寶石，材料可完全切透分離，所以可以實現材料的自動化上下料。
光纖激光： 熱熔切割方式
準連續激光平均功率相對較低，被激光照射處的材料首先產生熱熔融化，在高純氮氣（或其他惰性氣體）氣體流的作用下，熔融的材料由切口底部排出。其中氮氣作用有兩種：1.冷卻；2.加速排屑，提高切透力。
激光束經過導光系統進入切割頭，經切割頭中透鏡聚焦于藍寶石表面，使該處材料迅速熔化，形成孔洞，隨平臺的移動，形成切口，借助向下掃的氮氣流將熔化的材料吹除。切割時激光與氮氣的作用產生瞬間即熱即冷，容易掛渣，使得材料不能徹底切割開分離，故不能實現自動化上下料。
3.切割構型對比
3.切割構型對比
4. 峰值功率對比
以切割0.3mm厚度藍寶石為例
皮秒激光（100W）
脈沖寬度：10ps
使用功率：48W(雙頭加工，單頭功率24W)
脈沖頻率：600kHz
單脈沖能量= 使用功率÷脈沖頻率=24W ÷ 600kHz=40μ?
峰值功率=單脈沖能量÷脈沖寬度 =40μ?÷10ps=4×1000000W=4000000W
光纖激光（150W）
脈沖寬度：135us
使用功率：50W
脈沖頻率：750Hz
單脈沖能量= 使用功率÷脈沖頻率=50W ÷ 750Hz=66667μ?
峰值功率=單脈沖能量÷脈沖寬度=66667μ? ÷135us=494W
5.切割效率對比
皮秒激光設備：全自動化上下料
13000粒/23小時
（以厚度0.3mm、直徑為10mm圓為例）
光纖激光設備：人工手動上下料
5000粒/23小時
（以厚度0.3mm、直徑為10mm圓為例）
皮秒激光切割排版
皮秒激光切割藍寶石排版示意圖
藍寶石 藍寶石
皮秒激光切割藍寶石排版緊湊，無需切割引線，最大化利用藍寶石材料
6.切割錐度對比
以切割0.3mm厚度藍寶石片為例，規格12.3*12.3。
下圖分別為皮秒激光與光纖激光切割的藍寶石邊緣投影圖。皮秒激光切割藍寶石錐度<11°；光纖激光切割藍寶石錐度<7°。
7. 切割效果對比
藍寶石小粒：12.3*12.3
光纖激光切割的藍寶石邊緣發黃，皮秒激光切割的藍寶石邊緣不變色
正面直線邊緣對比
皮秒激光切割
結論：
1、皮秒激光切割的藍寶石直線邊緣整齊光滑
2、光纖激光切割的藍寶石邊緣呈鋸齒，且邊緣線條發黑
正面崩邊對比
結論：
1、放大1000倍觀測，正面崩邊均小于10um。
2、皮秒激光切割的藍寶石邊緣局部偶爾有崩邊鋸齒，所以整體靜壓強度會很高。
3、光纖激光切割的藍寶石整個正面邊緣都是鋸齒和裂紋，所以力學強度會大幅下降。
背面邊緣效果對比
皮秒激光切割藍寶石背面邊緣（崩邊<30 um）
皮秒激光切割的藍寶石背面邊緣整齊，光纖激光切割所得的邊緣呈鋸齒線條。
光纖激光切割藍寶石背面邊緣（崩邊<30 um）
不似皮秒激光采取快速多次填充式切割，光纖激光切割藍寶石采取“一刀切穿”模式，切割錐度小，不易區分切割正面與背面。
熱影響區域對比
皮秒激光切割 光纖激光切割
8.靜壓強度對比
皮秒激光切割產品 （靜壓強度>10Kg）
光纖激光切割產品（靜壓強度<5Kg）
落球測試：7g 、60cm （皮秒激光與光纖激光切割的藍寶石均通過）
9.小結
文章鏈接：http://www.w5278.com/ebook/201512/pdf/f1.pdf
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