使用激光进行彩色打标的理念并非新创。实际上，1999年1月《Industrial Laser Solutions》杂志的封面就高调地展示了一张关于某些铌碗的图片，这些铌碗就是由Ann Marie Carey用激光进行彩色打标的，她发明了工业金属器件和珠宝的装饰技术（见图1）。从那以后，越来越多的人对这种产品装饰的生产应用产生了兴趣。消费品生产商正在寻找能使他们的产品与众不同的打标技术，色彩就是最关键的区分要素。
过去，金属上的彩色涂层是通过使用阳极化处理实现的，严格控制的化学反应产生的氧化层的构成能产生一系列的色彩。氧化层作为光学涂层，扮演了干涉膜的角色，它产生的色彩取决于氧化层的厚度。局部激光能量的应用能实现可控制的氧化增长，因此，彩色打标和阳极化处理是基于相同的原理，因为从不同的角度来观察色彩只会发生很小的变化。
在某些情况下，表层结构会影响色彩。粗糙的表面以及打标流程产生的残余线条都会影响色彩的视觉效果。如果线条的间隔清晰，就会形成耀眼的衍射光栅效果。如果你从垂直的角度观察这些线条，这种效果就会非常明显；将样品倾斜便能产生彩虹的效果。如果沿着与线条平行的方向观察，就看不到这种色彩的变换。紧密的间隔点能产生相似的衍射效果，从垂直的角度能观察到这种效果。
严格控制热量的输入对于形成这些色彩至关重要。在1.06 m和二倍、三倍和四倍频的应用中使用Nd:YAG激光器和Nd:YVO4激光器。在频率、速度和能量级不同的条件下，操控激光的能力是达到这种最佳结果的关键。
近来，光纤激光的引入使得市场上出现一种新的应用工具。SPI Laser直接调制光纤脉冲激光器在金属上进行彩色打标，表现出多功能的特性。我们能在连续波（CW）至500 kHz的脉冲频率下操作这种激光；从这一点来看，它比传统的调Q脉冲激光更具有灵活性，且在功能方面有了飞跃性的提高（见图2）。除了平均能量和行驶速度、焦点和轨道重叠之外，变化范围更大的脉冲频率、脉冲能量和脉冲峰值功率能被结合利用，这对彩色打标的最优化和对其控制有着重要的作用。
适合彩色打标的材料包括不锈钢、钛、铬合金板和铌。材料等级和表面光洁度、材料的厚度对打标过程会产生影响。在粗糙不平的表面上，很难打出协调的色彩，归因于从突起部分到凹陷部分的差距大于能够产生氧化物的深度。而在精抛光的表面上，色彩则会更加一致。 nextpage
由于彩色打标受热影响，材料的厚度对于该工序有很大的影响。厚的材料具有很强的热吸附性，但是薄型材料就会受到多种热效果的损伤。热量的积累会导致产品的变形和色彩的渐变。对于薄型材料来说，必须对输入的热量和散热进行严格控制，以达到最佳效果。
在这一领域，最初的工作认定钛金属是一种相对较容易被打标并能产生鲜明色彩的材料，但是，这种材料的应用商业机会比较有限，因为在消费品市场里对于钛的使用只局限于珠宝和高端顶级手表的制作。不锈钢的使用则更为广泛，诸如手机、相机和个人高保真音像产品。高重复率的光纤激光器，能打标出令人惊叹的色彩板（见图3）。通过突出标志和实现更全面的产品客制化，就有可能增加礼品的价值。对于大量的建筑应用，这项技术可运用于缘饰的制造中（见图4）。
我们发现镀铬物品同样能进行彩色打标，并且现在有些工具已经被打标了。然而在低脉冲频率下，色彩种类有限，主要是稻草色和金黄色。将频率提高到250kHz以上，则能形成多种的色调，并开创了新的商机。确实存在更为实用的彩色打标，例如，在浴室装修中，水管上的彩色打标既要美观，又要具有实用性，以便指示热水和冷水。虽然现在已经使用单色或彩色塑料嵌入实现区分，但激光彩色打标的效果会更好。
关键的是，这种类型激光在全激光功率时具备独特的高重复频率性。没有调Q意味着没有调Q的限制。光纤激光器和直接调制泵浦二极管的独特结构使该激光的满额20W平均功率能够一直保持到500kHz；它不会和其它激光技术发生冲突，不会形成死区。在500kHz的频率下，仍旧能够达到40 J，这有助于彩色打标，因为低脉冲能量和高重叠率对于实现基底的每一部分的多重温度漂移是必须的。这样就加强并修饰了表层氧化，以营造出激光彩色打标的光学和表面化学的一系列效果。
列举一个非常典型的工业打标激光，使用163mm焦距的镜头和相对适度的放大3.7倍的激光束。在直径3.1mm光束和M2为1.8的条件下很容易形成30 m大小的斑点。特别地，我们需要一种小于100 J和重叠率大于90%的低脉冲能量，使表面加热到足够高的温度，从而产生染色效果。SPI Laser直接调制MOPA激光器能在250kHz下达到80 J。
另一种可供选择的办法是灰度，在不锈钢上更有可能实施棕色色阶的打标。作为在一定条件下的彩色打标，我们能控制表面的氧化程度，形成一系列令人印象深刻的棕色和金色阴影（见图5）。对于所有打标来说，表面化学成分和表面结构被有效改变。在大多数应用中这并不是最值得关注的一点，但是在苛刻的或复杂的环境下，打标的抗腐蚀效果需要评估。
作者Jack Gabzdyl 在SPl Lasers 公司任业务拓展经理，他的电子邮箱地址：jack.gabzdyl@spilasers.com，公司网站主页：www.spilasers.com。
