MOPA 和 Q 開關(guān)光纖激光器
MOPA是Master Oscillator Power Amplifier（主振蕩器功率放大器）的縮寫，MOPA激光器是指激光振蕩器和放大器級聯(lián)的激光器結(jié)構(gòu)。在工業(yè)界，MOPA激光器是指由半導(dǎo)體激光種子源和電脈沖驅(qū)動的光纖放大器組成的獨特的、更“智能”的納秒脈沖光纖激光器。
它的“智能”主要體現(xiàn)在輸出脈沖寬度可獨立可調(diào)（范圍從2納秒到500納秒），重復(fù)頻率可高達兆赫茲。調(diào)Q光纖激光器的種子源結(jié)構(gòu)是在光纖振蕩腔中插入損耗調(diào)制器，通過周期性調(diào)制腔內(nèi)光損耗，產(chǎn)生具有一定脈沖寬度的納秒級脈沖光輸出。
納秒脈沖激光器被人們熟知應(yīng)用于金屬打標(biāo)、焊接、清洗、切割等工業(yè)領(lǐng)域。作為納秒脈沖激光器的兩大實現(xiàn)方式，MOPA結(jié)構(gòu)和調(diào)Q結(jié)構(gòu)到底有哪些區(qū)別和優(yōu)勢呢？針對這個經(jīng)常困擾大家的問題，我們將從激光器內(nèi)部結(jié)構(gòu)、輸出光學(xué)參數(shù)以及應(yīng)用場景等方面進行簡單的分析。
內(nèi)部結(jié)構(gòu)對比
MOPA光纖激光發(fā)生器與調(diào)Q光纖激光發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理對比。
MOPA光纖激光器與調(diào)Q光纖激光器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的區(qū)別主要在于脈沖種子光信號的產(chǎn)生方式。
MOPA光纖激光器脈沖種子光信號是由電脈沖驅(qū)動半導(dǎo)體激光器芯片產(chǎn)生的，即通過驅(qū)動電信號來調(diào)制輸出光信號，因此具有很強的產(chǎn)生不同脈沖參數(shù)（脈沖寬度、重復(fù)頻率、脈沖形狀和功率）的能力。
調(diào)Q光纖激光器的脈沖種子光信號通過周期性地增加或減少諧振腔內(nèi)的光損耗產(chǎn)生脈沖光輸出，結(jié)構(gòu)簡單，具有價格優(yōu)勢，但受調(diào)Q器件的影響，脈沖參數(shù)受到限制。
光學(xué)參數(shù)比較
MOPA光纖激光器輸出脈沖寬度獨立可調(diào)，MOPA光纖激光器脈沖寬度任意可調(diào)（范圍2ns~500ns），脈沖寬度越窄，熱影響區(qū)越小，可獲得越高的加工精度；調(diào)Q光纖激光器輸出脈沖寬度不可調(diào)，輸出脈沖寬度一般不變，為80ns~140ns的一個固定值。
MOPA光纖激光器具有更寬的重復(fù)頻率范圍，MOPA激光器重復(fù)頻率可以達到MHz級的高頻輸出，高重復(fù)頻率意味著高加工效率，且MOPA在高重復(fù)頻率條件下依然能保持較高的峰值功率特性。由于Q開關(guān)工作條件的限制，Q開關(guān)光纖激光器輸出頻率范圍較窄，高頻只能達到~100kHz。
應(yīng)用比較
MOPA與傳統(tǒng)PA在應(yīng)用上的差異 激光打標(biāo)機 和Q-Switch激光打標(biāo)機。
JPT MOPA光纖激光發(fā)生器
Raycus Q 開關(guān)光纖激光發(fā)生器
鋁板剝離表面應(yīng)用
現(xiàn)在電子產(chǎn)品越來越薄，很多手機、平板、電腦都采用了很薄的氧化鋁作為產(chǎn)品的外殼。使用激光Q開關(guān)在薄鋁板上打標(biāo)導(dǎo)電位，容易導(dǎo)致材料變形，背面產(chǎn)生“凸包”，直接影響美觀。MOPA激光器的脈寬參數(shù)越小，可以使材料不易變形，底紋更加細膩亮白。這是由于MOPA激光器采用的脈寬參數(shù)可以使激光停留在材料上的時間變短，而足夠高的能量可以去除陽極層，所以對于薄鋁板表面剝離陽極的處理，MOPA激光器是比較好的選擇。
陽極氧化鋁的黑色標(biāo)記應(yīng)用
利用激光在陽極氧化鋁表面打出黑色的標(biāo)記、模型和文字，這一應(yīng)用在近2年逐漸被蘋果、華為、聯(lián)想、三星等電子廠商廣泛使用，用于電子產(chǎn)品外殼上打出黑色的商標(biāo)、模型等標(biāo)記。對于這一類的應(yīng)用，目前只有MOPA激光器可以進行處理。由于具有較寬的脈沖寬度和脈沖頻率調(diào)節(jié)范圍，MOPA激光器通過較窄的脈沖寬度和較高的頻率參數(shù)可以在材料表面打出黑色的效果，通過不同的參數(shù)組合還可以打出不同灰度的標(biāo)記效果。
電子、半導(dǎo)體、ITO精密加工應(yīng)用
在電子、半導(dǎo)體、ITO等精密加工中，主要需要用到精細的線條打標(biāo)，Q開關(guān)激光器由于結(jié)構(gòu)原因，不能調(diào)節(jié)脈寬參數(shù)，所以線條很難做到精細，而MOPA激光器可以靈活調(diào)整脈寬和頻率參數(shù)，不僅可以把線條打得精細，而且還可以解決邊緣不光滑的問題。
除了以上幾種應(yīng)用案例外，MOPA激光與Q開關(guān)激光還有許多不同的應(yīng)用，下面列舉一些典型的應(yīng)用示例：
| 應(yīng)用 | Q 開??關(guān)激光打標(biāo)系統(tǒng) | MOPA激光打標(biāo)系統(tǒng) |
| 鋁板剝離面 | 易變形、標(biāo)記粗糙 | 不變形，標(biāo)記精細 |
| 鋁板黑色標(biāo)記 | 禁用。 | 通過設(shè)置參數(shù)標(biāo)記不同的黑色。 |
| 金屬深度標(biāo)記。 | 粗糙標(biāo)記。 | 精細標(biāo)記。 |
| 不銹鋼彩色標(biāo)記。 | 參數(shù)難以設(shè)定，且失焦。 | 通過設(shè)置參數(shù)標(biāo)記不同的顏色。 |
| PC、ABS 塑料。 | 用黃色邊緣進行粗糙標(biāo)記。 | 光滑無黃邊。 |
| 透光漆鍵盤。 | 禁用。 | 容易使其透光。 |
| 電子、半導(dǎo)體元器件、ITO精密加工。 | 更高的脈沖寬度和功率。 | 可調(diào)整脈沖以取得最佳光斑，并達到功率平衡。 |
在以上介紹的比較中，我們可以看到MOPA光纖激光打標(biāo)機可以取代Q開關(guān) 光纖激光雕刻機 在許多應(yīng)用中。在一些更高端的應(yīng)用中，MOPA光纖激光雕刻機比Q開關(guān)光纖激光打標(biāo)系統(tǒng)更好。
技術(shù)參數(shù)對比
MOPA與Q開關(guān)激光打標(biāo)機技術(shù)參數(shù)異同
| 型號 | STJ-30F | STJ-30FM |
| 激光功率 | 30W | 30W |
| 激光光源 | Raycus Q開關(guān)光纖激光器 | JPT MOPA光纖激光器 |
| 脈沖寬度 | 90-120納秒 | 6-250納秒 |
| 功率可調(diào)范圍 | 10-100％ | 0-100％ |
| 脈沖能量 | 1兆焦 | 0.5兆焦耳 |
| M2 | <1.5 | <1.3 |
| 抗高反射 | 沒有 | 可以 |
| 激光束直徑 | 7±1mm | 7±0.5mm |
| 光波長 | 1064nm | |
| 激光調(diào)制方式 | 耦合放大 | |
| 標(biāo)記區(qū)域 | 100 *100mm （200 *200mm 和 300*300mm （可選） | |
| 最快打標(biāo)速度 | 7000mm/s | |
| 打刻深度 | 0.01?0.5mm （根據(jù)材料） | |
| 最小線寬 | 0.01mm | |
| 最小標(biāo)記字符 | 0.2mm | |
| 冷卻方式 | 空氣冷卻 | |
| 電源 | 220V/ 50赫茲 | |
| 激光指示器 | 紅點指針 | |
| 標(biāo)記內(nèi)容 | 文字、圖案、照片 | |
| 操作系統(tǒng) | Windows 7、Windows 8 或 Windows 10 | |
| 激光軟件 | EZCAD 控制軟件 | |
| 支持的圖形格式 | bmp、jpg、gif、tga、png、tif、ai、dxf、dst、plt | |
| 單位功率 | ≤700W | |
了解有關(guān)不同光纖激光打標(biāo)機的更多信息
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| MOPA光纖激光打標(biāo)機 | Q開關(guān)光纖激光打標(biāo)機 |
結(jié)語
總而言之，MOPA光纖激光器相比調(diào)Q光纖激光器，激光參數(shù)覆蓋范圍更廣，調(diào)節(jié)方式更靈活，應(yīng)用范圍更全面，在相同功率的情況下，調(diào)Q光纖激光器更具有成本優(yōu)勢，因此，這2種激光器結(jié)構(gòu)在納秒脈沖激光加工應(yīng)用市場呈現(xiàn)互補狀態(tài)。
