Što je plavi poluvodički laser velike snage?

TheSvjetlina i plavi poluvodički laseri velike snageneprestano se poboljšavaju do novih granica, što će također dovesti do sve veće i šire primjene. Osim učinkovite obrade metalnih materijala, plavi poluvodički laseri očekuju međusektorsku primjenu, posebice će sektor strojarstva omogućiti lasersku obradu materijala plavim svjetlom pod vodom. Za proizvodnju je to naravno velika prednost. Osim toga, industrija rasvjete također može koristiti visokokvalitetnu tehnologiju rasvjete temeljenu na plavim poluvodičkim laserima.

1. Ograničenja lasera velike snage na valnim duljinama bliskim infracrvenom

Tijekom proteklih nekoliko desetljeća, CW laseri velike snage postali su uobičajeni alat u modernoj proizvodnji, pokrivajući aplikacije kao što su zavarivanje, oblaganje, površinska obrada, kaljenje, lemljenje, rezanje, 3D ispis i aditivna proizvodnja. Prvi vrhunac razvoja kontinuirane laserske tehnologije visoke snage pojavio se prije 2000. godine, kada su razvijeni laser ugljičnog dioksida (CO2) velike snage valne duljine 10,6 µm i Nd:YAG poluvodički laser bliske infracrvene duljine valne duljine 1064 nm. Međutim, zbog svoje valne duljine, lasere s ugljičnim dioksidom teško je prenositi kroz optička vlakna, što predstavlja određene poteškoće za industrijske primjene; dok su solid-state laseri ograničeni svjetlinom i mogućnostima pojačanja snage. Nakon 2000. godine počeli su se pojavljivati ​​industrijski laseri s vlaknima velike snage kao rješenja za lasere visoke svjetline i snage koji se mogu isporučivati ​​putem optičkih vlakana. Danas su laseri s vlaknima zamijenili CO2 lasere u velikoj većini primjena i učinkovito se koriste u mnogim aplikacijama industrijske obrade. Pogotovo posljednjih godina, postao je glavna snaga industrijskih lasera, poput laserskog zavarivanja i rezanja, koji imaju veću brzinu, učinkovitost i pouzdanost od lasera s ugljičnim dioksidom.

Međutim, ti CW vlaknasti laseri velike snage obično rade na valnim duljinama bliskim infracrvenim (NIR), unutar 1 µm, što je dobro za mnoge primjene. Na primjer, prikladan je za obradu čelika sa stopom apsorpcije većom od 50 posto, ali je ograničen jer neki metali reflektiraju 90 posto ili više bliskog infracrvenog laserskog zračenja koje pada na njihove površine. Osobito zavarivanje žutih metala poput bakra i zlata laserima bliskim infracrvenim zračenjima, zbog niske stope apsorpcije, to znači da je potrebna velika snaga lasera za početak procesa zavarivanja. Općenito postoje dva postupka laserskog zavarivanja: provodljivo zavarivanje (gdje se materijal jednostavno rastali i ponovno toči) i zavarivanje dubokim prodiranjem (gdje laser isparava metal, a tlak pare stvara šupljinu ili ključanicu). Zavarivanje dubokim prodiranjem rezultira visoko apsorbiranom laserskom zrakom zbog višestrukih interakcija koje laserska zraka ima s metalom i metalnom parom dok putuje kroz materijal. Međutim, aktiviranje ključanice laserom bliskim infracrvenim zračenjem zahtijeva značajan intenzitet upadnog lasera, osobito ako je materijal koji se zavaruje visoko reflektirajući. I kada se ključanica formira, stopa apsorpcije će naglo porasti, a visoki tlak metalne pare koji stvara bliski infracrveni laser velike snage u rastaljenoj lonci uzrokovat će prskanje i poroznost, tako da snaga lasera ili brzina zavarivanja moraju biti pažljivo kontrolirati kako bi se spriječilo prekomjerno prskanje izbačeno iz zavara. Metalne pare i "mjehurići" u procesnom plinu također mogu ostati zarobljeni dok se rastaljena kupka skrućuje, stvarajući poroznost u zavarenom spoju. Takva poroznost slabi čvrstoću zavara i povećava otpornost spoja, što rezultira nižom kvalitetom zavarenog spoja. Stoga su NIR laseri vrlo zahtjevni za obradu materijala kao što je bakar<5% absorption at 1 µm. In order to process these high-reflectivity materials better, methods such as increasing the laser absorption rate of the material by generating plasma on the processed material have been adopted. However, because these methods limit material processing to deep penetration processes, conduction mode welding cannot be used for thin materials, and there are inherent risks of sputtering and controlled energy deposition. Therefore, existing 1 µm laser systems have their limitations when processing highly reflective materials such as non-ferrous metals, as well as in underwater applications.

Kako bi se razvile ove laserski kontrolirane aplikacije blizu infracrvenog zračenja, ljudi moraju provesti istraživanja o novim laserskim izvorima svjetlosti. Osim toga, kako bi se smanjili staklenički plinovi, nova energetska vozila zamjenjuju benzinske motore i motore s unutarnjim izgaranjem električnim motorima. Velika količina bakra koja se koristi u izradi elektromotora, posebice baterija, stvorila je veliku potražnju za pouzdanim rješenjima za preradu bakra, dok u drugim sustavima obnovljive energije poput vjetroturbina postoji jednako širok raspon primjena.

2. Rođenje plavog lasera velike snage

Razvoj industrijske laserske tehnologije oduvijek se razvijao na putu proizvodne tehnologije i novih društvenih zahtjeva. U proteklih 60 godina, od digitalne ekonomije i društva, preko održive energije, do zdravog života, laserska tehnologija dala je velik doprinos rješavanju važnih zadataka u budućnosti čovječanstva. Danas je laserska tehnologija sastavni dio mnogih ključnih područja našeg gospodarstva, od proizvodne tehnologije do automobilskog inženjeringa, medicinske tehnologije, tehnologije mjerenja i zaštite okoliša te informacijske i komunikacijske tehnologije. Kako tehnologija obrade metala napreduje, a zahtjevi korisnika rastu, laseri zahtijevaju inovacije u pogledu troškova i energetske učinkovitosti, kao i performansi laserskog sustava. Tržišna potražnja za učinkovitom obradom metala visoke refleksije potaknula je razvoj tehnologije plavih lasera velike snage, što će zasigurno otvoriti vrata novim tehnologijama u obradi metala.

Za obojene metale njihova se apsorpcija svjetlosne energije povećava kako se valna duljina svjetlosti smanjuje. Na primjer, apsorpcija svjetla bakra na valnim duljinama ispod 500 nm povećat će se za najmanje 50 posto u usporedbi s infracrvenim svjetlom, tako da su kratke valne duljine svjetla prikladnije za obradu bakra. Problem je u tome što je razvoj kratkovalnih lasera velike snage za ove industrijske primjene težak; dostupno je nekoliko opcija velike snage, a čak i one koje postoje su skupe i neučinkovite. Na primjer, na tržištu postoje neki poluprovodnički laserski izvori temeljeni na udvostručavanju frekvencije koji se mogu koristiti u ovom rasponu valnih duljina, proizvodeći lasersko svjetlo na valnim duljinama od 515 nm i 532 nm (zeleni spektar). Međutim, ovi laserski izvori oslanjaju se na svoje nelinearne optičke kristale za pretvaranje energije lasera pumpe u energiju ciljane valne duljine. Proces pretvorbe rezultira velikim gubitkom snage, a laser zahtijeva složene sustave hlađenja i složene optičke postavke.

Kako bi odgovorili na ovaj izazov, ljudi su svoju pozornost usmjerili na plave poluvodičke lasere. Jedan je zato što Blu-ray ima svoja specifična svojstva. Metalni materijali visoke refleksije imaju visoku stopu apsorpcije plave svjetlosti, što znači da plava svjetlost ima veliku prednost u metalnoj obradi materijala visoke refleksije (kao što je bakar, itd.). Kao što je prikazano na slici 1, apsorpcija plave svjetlosti od bakra je više od 13× (13 puta) veća od apsorpcije infracrvene svjetlosti. Osim toga, stopa apsorpcije se ne mijenja mnogo kada se bakar tali. Nakon što plavi laser započne zavarivanje, ista gustoća energije nastavit će zavarivanje. Blu-ray lasersko zavarivanje samo je po sebi dobro kontrolirano i s manje nedostataka, a rezultat su brzi i visokokvalitetni lemljeni zavari. Istovremeno, plava svjetlost se manje apsorbira u morskoj vodi, pa ima veću udaljenost prijenosa, što omogućuje razvoj područja podvodne laserske obrade materijala. Osim toga, plavo svjetlo je relativno lako pretvoriti u bijelo svjetlo, tako da se reflektori i druge primjene rasvjete mogu vrlo kompaktno implementirati korištenjem plavih lasera. Drugo je da poluvodički laseri temeljeni na materijalima galij nitrida mogu izravno generirati lasersko svjetlo valne duljine od 450 nm bez daljnjeg udvostručavanja frekvencije, tako da imaju veću učinkovitost pretvorbe energije.

Očekuje se da će laser s valnom duljinom od 450 nm povećati učinkovitost obrade bakrenih materijala za gotovo 20 puta u usporedbi s valnom duljinom od 1 µm. U usporedbi s tradicionalnim postupcima laserskog zavarivanja blizu infracrvenog zračenja, plavi laseri velike snage imaju kvantitativne i kvalitativne prednosti. Kvantitativne prednosti: povećane brzine zavarivanja i širi procesni prozor izravno se prevode u bržu produktivnost i minimiziraju zastoje u proizvodnji. Kvalitativne prednosti: veća širina procesa, visokokvalitetni zavari bez prskanja i poroznosti, kao i veća mehanička čvrstoća i manji električni otpor. Dosljednost kvalitete zavarivanja može uvelike poboljšati proizvodni prinos. Osim toga, plavi laser također može provoditi način zavarivanja provođenjem topline, što nije moguće s bliskim infracrvenim laserom.

Kontakt informacije:

Ako imate bilo kakvih ideja, slobodno nam se obratite. Bez obzira gdje su naši kupci i kakvi su naši zahtjevi, slijedit ćemo naš cilj da svojim kupcima pružimo visoku kvalitetu, niske cijene i najbolju uslugu.