【中国包装网讯】自20世纪80年代以来，处理大型胶片的工业市场出现了巨大的变化，几乎完全被激光器和数字处理所取代。从那时起，在印刷行业中，雕刻网版常用的技术是使用RF激励CO2激光器，功率高达1kW，可以根据雕刻的图案来调整功率（图1）。

图1：激光雕刻网版，在被雕刻的地方，印刷的颜色会从网孔中通过。

网孔被薄的聚合物层所覆盖，用调制的激光光束雕刻这一层，在被雕刻的地方将会打开网孔中的洞。这是一种非常有效的生产印刷版和滚筒的方法，特别是涉及到大批量印刷时。几乎所有用于纺织品、地毯、壁纸和纸币的一些功能的印刷都能使用这种技术。　

对CO2激光器的直接调制受限于10kHz左右，主要是由于亚稳态氮，这是激光气体混合物的一个主要部分。当前在管和罐的印刷中使用的技术要求有更高的脉冲频率，大约几百千赫。这主要是由于更高的分辨率所要求，而不是由于材料的真实3D结构所要求。雕刻网孔基本上是一个2D过程，而雕刻印刷版和聚合物或橡胶滚筒是一个具有复杂结构的3D雕刻过程。每个直接雕刻的结构都需要坚实的底座以在印刷过程中保持稳定，它们可能在顶部有着复杂的几何形状，例如一个轮廓清晰的图案和用来补偿网点扩大的咬边。

未来，高防伪印刷（纸币、安全文件、护照等，如图2）将需要至少500kHz或更高的频率，同时业界现在想在包装设计中实现照相效果般的印刷，这也需要类似的性能。

图2：用激光雕刻印刷纸币用的滚筒　　

相比直接调制RF激光的放电，声光调制器（AOMs）可以用调制频率快得多的方法来控制激光光束。但是声光调制器由于在锗晶体的吸收及其损伤阈值而受到限制。为了获得最好的输出结果，必须精心设计声光调制器、激光源和光束路径。

对所有先进的激光器进行测试，特别是它们的脉冲行为、功率稳定性、指向稳定性和模式。上升和下降时间决定脉冲行为，因此也决定着雕刻速度。混合气体中的氮会降低脉冲频率至10kHz左右。这对于过去的很多应用已经足够，但对于未来的需求来说是不够的。典型的激光功率和时间关系图显示出±5~10%的偏差值。

这绝对不适合控制3D雕刻材料。被测试的各种激光器的激光指向稳定性出奇的好，这对于声光调制器的使用（对入射角非常敏感）将起着直接的影响。

在接近声光调制器的功率极限时，锗晶体对不良的激光场模式非常敏感。热点会导致出射光束变形并很容易破坏晶现出不良的激光模式。通常情况下，输出耦合器和声光调制器之间的距离应该在2m左右或更多，这样会有更好的激光场模式（图3）。

图3：全功率的CO2 激光器分别在1m的距离（a）和6m（b）的距离，

左边是2D图，右边是3D图。　

有时这难以实现，尤其是在紧凑型的雕刻设备中。

新的CO2激光器项目

明智的选择是在经典的折叠CO2激光器的谐振腔结构中使用现代的材料（像碳纤维），这样能实现高稳定的谐振腔和接近完美的光束模式。碳纤维管的热膨胀系数非常小（小于1μm每米和开尔文），尤其是设计得很好时，例如用加强有限元计算方法（FEM）来优化热力学行为的设计。　

光束路径优化。定制的碳纤维光学元件用于实现激光谐振腔的高精度，以及设置声光调制器和红外（IR）照相机（PyroCams）的光束路径，这样能在线可视化光束模式。在声光调制器的前面和后面放置的两个PyroCams红外照相机（图4）能精确地测量锗晶体的影响（特别是变形）。

图4：碳纤维CO2 激光器，在声光调制器的前面（蓝色）

和后面（黄色）有两个红外照相机。

六轴。锗晶体声光调制器能提供较好的性能，能达到甚至超过600W CO2激光器的功率，前提是激光光束模式接近高斯形状。如果功率太高，尤其是如果在晶体表面出现热点，就会很容易损坏。