利用紫外纳秒标识系统对硅晶圆表面进行二维码直接标识试验研究。采用控制变量法，分别研究不同的脉冲占空比、重复频率、光斑重叠率对标识材料的热损伤、表面形貌以及二维码识读效果的影响规律。研究结果表明，脉冲占空比和重复频率对标识区域的环宽和热损伤影响效果明显，二维码的读取率和识读时间同时受占空比、重复频率、光斑重叠率影响。单脉冲能量在10.7~20 μJ范围内可以标识出符合SEMI标准的均匀、细腻、稳定、高识读率的无尘标识。

针对SEMI标准对12寸(约300 mm)薄晶圆标识的要求, 采用1 066 nm光纤激光晶圆标识系统对裸硅晶圆与镀膜晶圆进行激光标识工艺的研究。通过控制变量法改变激光器的功率百分比, 分别在两种晶圆上标记Dot样式的SEMI字体, 并对标识的质量和识读率进行评估。研究发现, 裸硅晶圆标识从无到有, 甚至到严重溅射对应的激光功率范围是11.77~19.25 W, 镀膜后的硅晶圆对应的功率范围是4.40~11.77 W。在裸硅晶圆上标识的Dot形貌更符合SEMI标准要求。镀膜后的晶圆熔融阈值变小, 但是工艺窗口变窄, 标识字符和条码Dot圆度较差, 飞溅不易控制。两种晶圆OCR的识读率差异不大。

聚焦开发清晰、无飞溅、无碎屑且深度满足半导体晶圆后道加工工序要求的激光标识工艺, 实现清晰可辨、高洁净度的硅晶圆激光标识。采用波长532 nm的激光器研究平均功率、脉冲重复频率和扫描速度等激光工艺参数对晶圆标识质量的影响, 借助目视、显微镜和白光干涉三维轮廓仪来评估标识码的清晰程度、标识点的深浅程度和隆起高度以及热影响区。研究表明, 在低脉冲频率小于50 kHz时, 随着平均功率的上升, 标识码的清晰度逐渐增加, 但是硅渣的数量及其分布区域增大; 在高脉冲频率大于60 kHz时, 平均功率增加对标识码清晰度的影响及硅渣数量和分布区域的变化没有低频段表现明显。在平均功率为20%, 脉冲重复频率为60~80 kHz, 扫描速度为2 500~3 500 mm·s-1的工艺窗口内可以优化参数组合, 在硅晶圆上实现清晰可辨、无飞溅和碎屑污染, 字体深度为0.5~5 μm并且隆起小于1 μm的激光标识。

为研究聚焦系统对晶圆标识工艺的影响, 搭建以1 066 nm的声光调Q脉冲光纤激光器为光源, 分别使用普通F-Theta透镜和远心F-Theta透镜的晶圆激光打标系统, 使用相同的工艺参数分别在晶圆表面进行点阵标识, 研究两种聚焦系统下晶圆的烧蚀阈值、离焦效果和点的形貌。采用白光干涉仪对晶圆标识区域的三维形貌进行评估, 研究发现普通F-Theta透镜与远心F-Theta透镜对晶圆的烧蚀阈值的影响区别不大。在离焦效果方面, 普通F-Theta透镜随着离焦量增加, 标识点直径逐渐变小; 而远心F-Theta透镜随着离焦量增加, 标识点直径先增大后减小。在打标范围内的标识质量方面, 两者在打标范围中心的标识质量基本相当, 离中心越远, 远心透镜也未能表现出更好的标识形貌。

采用1 060 nm光纤打标机在2024铝合金表面进行方形标识, 主要研究扫描速度、填充间隔、激光平均功率等工艺参数对铝合金材料表面标识效果的影响。基于正交试验的方法, 根据3因素5水平正交表设计激光加工的工艺参数, 利用色差仪和超景深三维显微镜对激光标识效果的色差和表面形貌粗糙度进行测量。试验结果表明, 激光标识时扫描轨迹的重叠率和光斑重叠率是影响色差的主要因素, 激光标识时材料吸收激光的能量大小和热影响是影响粗糙度的主要因素。经过正交极差优化后的最佳参数组合为扫描速度V=644 mm/s, 填充间隔F=0.028 mm, 激光功率P=15 W, 最终标识效果为表面粗糙度为1.5 μm, 色差为9.41 NBS。

采用1 060 nm MOPA激光器对铝合金(2024)进行标识。研究了不同功率下DM码的质量等级和对比度, 使用扫描电镜(SEM)观察了标识的表面形貌, 使用能谱仪分析了标识表面的成分组成。通过SEM分析, 得到在DM码质量等级较高的标识表面, 材料被熔化、气化、烧蚀, 有大量孔洞和颗粒状物质存在, 而在DM码质量等级较低的标识表面, 材料仅仅被重铸, 表面呈波纹状; 通过EDS分析, 得到在DM码质量等级较高的标识表面, 材料中氧元素含量升高, 说明熔化、气化的金属发生氧化反应, 而在DM码质量等级较低的标识表面, 材料中氧元素增加较少, 说明在此条件下金属氧化反应较少。对材料的烧蚀阈值进行计算, 为试验提供理论指导。

为研究激光直接物标标识技术（laser direct part marking，DPM）对铝合金2024力学性能的影响，对标识后的铝合金2024进行了标识深度测量、显微硬度检测、静力学拉伸和高周疲劳试验。研究结果表明：不同工艺参数下的标识深度相差很大，深度范围5.26～525.7 μm；在标识区域会形成重熔区，显微硬度51～62 HV，明显小于材料基体显微硬度值；标识深度会对铝合金2024的抗拉性能和疲劳性能造成影响，在一定标识深度下，标识后的铝合金2024的拉伸性能和疲劳性能满足材料的性能要求。

聚焦激光直接物标标识铝合金（2024）工艺中，功率、填充间隔和重复频率等工艺参数对铝合金表面粗糙度的影响，旨在从形貌、产物成分两方面分析工艺参数与粗糙度之间的影响规律。首先采用1 060 nm主控振荡器的功率放大激光器（master oscillator power-amplifier，MOPA）对铝合金2024进行标识，然后使用粗糙度检测仪测量不同工艺参数下的标识表面粗糙度值，结果表明，功率、填充间隔和重复频率影响材料表面熔化、气化、重铸程度，导致材料表面出现不同的粗糙度和不同的粗糙度变化规律。采用数码显微系统观测标识区域表面形貌，采用扫描电镜（SEM）和能谱仪（EDS）分析了标识区域表面的化学成分，结果表明，不同的工艺参数造成标识表面熔化、气化、重铸程度会有明显差异，因而表面形貌和产物不同，影响标识表面粗糙度值。

激光直接零部件标识(Laser Direct Part Marking)技术是一种在工业环境中证实可行,可实现高度自动化且绿色环保的标识技术,已经成为工业产品追溯中产品标识的首选手段。本文基于控制灵活、激光参数调节范围更大的MOPA(MOPA, 主控振荡器的功率放大器)激光标识设备, 按照ISO/IEC TR 29158条码技术标准, 开展激光加工参数(如激光峰值功率、激光单脉冲能量、激光功率、填充间隔、扫描速度等)对激光直接标识(Direct Marking, DM)码质量(如条码等级、对比度、打印伸缩等)影响的研究。通过优化激光加工参数, 实现了在AL2024材料表面标识高质量DM码的激光标识工艺。

研制了一款模块化便携式的激光诱导荧光的检测仪。本检测仪以光纤耦合的稳谱405 nm LD激光器作为激发光源, 以改进的共聚焦光学结构的荧光探头作为荧光的收集模块, 微型光栅光谱仪作为荧光光谱分析模块。该检测仪采用模块化结构, 具有体积小、成本低、灵敏度高 、易操作等特点。 以荧光素钠为测试样品, 对仪器进行了评估。水的拉曼S/N值为935.67, 检测仪的最低检出限为1.9×10-11 g/L; 溶液浓度在10-10到10-12 g/L的范围内, 荧光强度的线性相关系数达到0.999 8, 线性范围超过3个数量级; 重复性测试中, 荧光峰值强度的相对标准偏差为RSD=3.36%, 荧光波长相对标准偏差RSD=0.14%。结果表明该检测仪具有灵敏度高、重复性好、线性范围宽等特点, 满足现场物品的实时快速检测需求。