激光仍然被認為是一種奇怪的能量，但一種新型的高性價比激光-光纖激光的快速出現可能會逐漸改變這一點。我們將光纖激光技術定義為激光束在光纖組件本身實際生成或放大的技術，而不是簡單地通過光纜從自由空間光學器件傳輸到工件。

這些激光器的易用性和可靠性被簡單地視為黑匣子。因此，它們沒有其他需要大量復雜光學元件的激光類型的神秘感。新的激光類型和波長也在出現，這些新的激光波長正在尋找一些看似不那么奇怪的應用程序。本文的主題是焊接透明聚合物的光纖激光器。

激光基礎知識

回到基礎上，激光束只是一束光能，可以集中在一個非常小的光點上。這一屬性是許多高功率工業應用激光的原因，如切割和焊接厚鋼。然而，除了這種焦點外，激光束的另一個特性可能更負責其深刻的聲譽：大多數激光束產生的光波長相當明顯。

光纖激光器

直到最近，工業激光材料加工的顯著平均功率只能從非常有限的激光類型中獲得——要么發射近紅外1.07μm波長范圍的固態激光，要么發射10.6μm波長范圍較長的二氧化碳氣體激光。標準工業光纖激光器的新版本出現在稱為短波長紅外的中間波長范圍內，產生高達120瓦的功率。這種2um波長是通過在產生激光束的光纖中使用另一種稀土元素（稱為摻雜劑）來實現的。

物理學的基本定律告訴我們，光子能量會隨著波長的增加而減少。這意味著這些材料在照射不同的材料時會有不同的反應。由于特定的光子能量通過共振機制被特定的分子鍵吸收，這種較長的波長以不同的方式被許多不同的分子吸收。

醫用聚合物領域的人們特別感興趣的是改善CH分子的吸收，這是所有有機聚合物的背景鏈。最終的結果是，這種激光束在透明聚合物中的吸收量顯著增加，從而通過光學透明聚合物高度控制熔的厚度。

為什么不使用CO2激光器？

對于舊技術的二氧化碳激光器，發射波長要長得多，吸收率通常接近100%。如果你想用激光切割聚合物，波長有很多優點，但對于需要通過材料厚度控制熔化的聚合物焊接來說，這種高吸收是一個嚴重的缺點。由于吸收發生在零件頂部表面，需要很長時間才能熔化到零件中，以產生更深的焊縫。

激光切割聚合物膜

最近的實驗還表明，雖然大多數薄材料的吸收可能不足以產生有效的燒蝕和切割，但在50-200微米厚度范圍內，一些稍不透明的薄膜可以很容易地用這種技術切割。

可焊接材料

由于激光束在被聚合物吸收時會轉化為熱量，任何可以通過超聲波或RF進行熱焊接的聚合物或聚合物組合也可以進行激光焊接。

應用現實世界

包括醫療設備在內的實際應用領域很多，典型的微流體裝置；和消費品。

更柔軟的軟管材料（如聚氯乙烯）和許多新的非聚氯乙烯替代品（如TPE）也可以焊接。這些材料很難以任何其他方式焊接。雖然化學相容性的規則不能完全改變，但當連接相容性有限的聚合物時，激光過程提供了良好的局部溫度控制。

需要精細連接線的微流體設備。單模、高焦光纖激光器可提供非常窄的熔線和有限的熱輸入，以盡量減少微通道在提供氣密封時的變形。然而，在設計這些組件時，需要考慮任何100微米寬的聚合物焊接接頭的強度限制。

概括

這種新波長在高平均功率下的可用性為醫療器械和其他行業的透明聚合物激光焊接技術帶來了極大的改進和簡化。對于醫療器械最感興趣的聚合物，大多數熱塑性聚合物（如果不是合物中，不需要額外的吸收劑來產生幾乎看不見的焊縫。