密封CO2激光技术在不断发展，性能在提高，可信度在增加，体积在减小,激光器总成本在下降。本刊最近发表的几篇文章，解释了作为坚固和可靠工具的密封CO2激光器，为什么在工业中用得如此广泛。最新的应用之一是软包装，即将纸、塑料薄膜和其它网状材料折叠成预先设定的包装形状。本文描述：CO2激光技术的最近进展是如何促进食品激光软包装市场快速增长的。
激光软包装技术
用于加工食品和饮料的软包装可以采用多种格式和形状,包括封套、袋装,特别是能重新封口的包装发展很快。这些包装大都采用薄膜材料，如聚酯(PE)、铝箔和聚丙烯(PP)-通常为双轴导向的聚丙烯(BOPP)。通常，还要将这些材料组合起来，形成二层或多层的复合结构。最普通的薄膜合成材料是碾压在一起的双层PP和PE，其中PE为阻隔层，与食品直接接触,有图形的PP层在外面，是印刷层。 总膜厚约在100微米量级，即使是能立起来的袋状包装也是如此。在包装过程中，绕在卷筒上的薄膜，由于卷筒快速转动而不断向前运动，这时则用激光来切割、修整薄膜，或在薄膜上刻痕和钻孔。 例如，激光刻痕可使包装袋容易打开，激光钻孔可使包装袋透气。
同使用机械加工的传统方法相比，非接触式激光加工的优点是：无工具磨损问题，提高了产品的一致性。此外，灵活性也是非常重要的，因为当今的产品生产，周期很短。包括工具成本在内的机械加工不适合于短期经营，不适合于在不同薄膜类型和包装格式间来回变化。由于可对激光参数进行实时控制，激光加工包装的灵活性可使生产者得到一致的刻痕结果，即使在薄膜厚度发生变化时，也是一样。
很明显，在产量大/利润低的业务领域，如薄膜包装,激光的可信度和总成本都是业主考虑的关键问题。激光器的体积小也是非常重要的，因为这样就可以把它们装配到包装设备中。在激光输出功率方面，这些应用通常只需要30到100瓦的功率,因为所要加工的多层结构材料通常都是很薄的。
图1. 这个小型、密封的激光器能输出30瓦功率，重量仅为6公斤。
这些特点使今天的小型CO2激光器成为折叠软包装市场的理想工具。Coherent公司生产的低功率密封钻石CO2激光器，可信度很高，每瓦的成本较低,而且体积也很小，典型的尺寸就像鞋盒那样大(见图1)。这些折叠式波导激光器是加工塑料(聚丙烯和聚酯)薄膜的理想工具，加工速度大于300米/分钟(1000英尺/分钟)。除了能为中等功率应用项目提供廉价的解决方案之外，新型激光器的小尺寸，还使在较宽卷筒(如1.5 公尺/60英寸宽的主卷筒)上安排多个激光器成为可能，从而，为软包装提供了前所未有的加工灵活性。而且，这些激光器无需维修，寿命在10,000到20,000小时之间，完全可以满足典型的高产量包装设备的需要。
更高的速度
小型CO2激光器在其它输出波长方面的进步，是对食品软包装市场产生重大影响的另一个重要因素。原因是：大多数高分子薄膜的红外吸收谱含有若干个尖峰。因此，激光波长的微小变化就可能对吸收系数产生巨大影响，因为在软包装中所使用的薄膜都是非常薄的,通常只能吸收很小部分的激光功率。因此，通过调整波长来增加薄膜的吸收系数，会大大提高在给定激光功率下的加工速度。
大多数CO2激光器的输出波长集中在10.6微米，但是，如果在折叠腔结构中插入波长选择光学元件，就会产生其它波长,如10.2微米波长。Coherent应用实验室最近研究了商用10.2微米激光器对热塑性塑料的影响，结果发表在文献1中。对于未伸展的聚丙烯薄膜，采用10.6和10.2微米激光加工，在加工速度方面只有小小的差别。但对普遍使用的BOPP薄膜(30-50微米厚),差别就非常明显(见图2)。
图2.用10.2和10.6微米波长的激光切割PP时，两者切割速度之比较。
顺便提一下，采用不同的二氧化碳同位素，可以将激光输出波长移得更远，这将对其它方面的应用产生重要影响。例如, Coherent公司已经发现：在对电子和其它行业中普遍使用的Kapton(聚酰亚胺)膜进行加工时，9.4微米波长的激光能产生最佳结果。
