Mi az a nagy teljesítményű kék ​​félvezető lézer?

AFényerős és nagy teljesítményű kék ​​félvezető lézerekfolyamatosan új korlátok felé haladnak, ami egyben több és szélesebb körű alkalmazást is eredményez. A hatékony fémanyag-feldolgozás mellett a kék félvezető lézerek ágazatokon átívelő alkalmazásokra számítanak, különösen a gépipari szektor teszi lehetővé a víz alatti kék fénnyel történő lézeres anyagfeldolgozást. A gyártás szempontjából ez természetesen óriási előny. Emellett a világítástechnika is alkalmazhat kiváló minőségű, kék félvezető lézereken alapuló világítástechnikát.

1. A nagy teljesítményű lézerek korlátai közeli infravörös hullámhosszon

Az elmúlt néhány évtizedben a nagy teljesítményű CW lézerek a modern gyártás általános eszközévé váltak, és olyan alkalmazásokra terjednek ki, mint a hegesztés, burkolat, felületkezelés, edzés, keményforrasztás, vágás, 3D nyomtatás és az additív gyártás. A nagy teljesítményű folyamatos lézertechnológia első fejlesztési csúcsa 2000 előtt jelent meg, amikor egy nagy teljesítményű, 10,6 µm-es hullámhosszú szén-dioxid (CO2) lézert és egy közeli infravörös, 1064 nm hullámhosszú, félvezető pumpás Nd:YAG szilárdtestlézert fejlesztettek ki. A szén-dioxid lézerek hullámhossza miatt azonban nehezen továbbíthatók optikai szálakon, ami bizonyos nehézségeket jelent az ipari alkalmazások számára; míg a félvezető lézereket a fényerő és a teljesítményerősítési képességek korlátozzák. 2000 után a nagy teljesítményű ipari szálas lézerek kezdtek megjelenni a nagy fényerejű, nagy teljesítményű lézerek megoldásaként, amelyek optikai szálakon keresztül is szállíthatók. Manapság az alkalmazások túlnyomó többségében a szálas lézerek váltották fel a CO2 lézereket, és számos ipari feldolgozási alkalmazásban hatékonyan alkalmazzák. Különösen az utóbbi években vált az ipari lézerek – például a lézeres hegesztés és vágás – fő ereje, amely nagyobb sebességgel, hatékonysággal és megbízhatósággal rendelkezik, mint a szén-dioxid lézereké.

Ezek a CW nagy teljesítményű szálas lézerek azonban jellemzően közeli infravörös (NIR) hullámhosszon, 1 µm-en belül működnek, ami sok alkalmazáshoz megfelelő. Alkalmas például 50 százaléknál nagyobb abszorpciós rátával rendelkező acél megmunkálására, de korlátozott, mert egyes fémek a felületükön beeső közeli infravörös lézersugárzás 90 százalékát vagy még többet visszaverik. Különösen a sárga fémek, például réz és arany közeli infravörös lézerrel történő hegesztése esetén, az alacsony abszorpciós sebesség miatt ez azt jelenti, hogy nagy lézererőre van szükség a hegesztési folyamat elindításához. Általában két lézeres hegesztési eljárás létezik: a vezetési módú hegesztés (amikor az anyagot egyszerűen megolvasztják és újrafolytatják) és a mély behatolású hegesztés (ahol a lézer elpárologtatja a fémet, és a gőznyomás üreget vagy kulcslyukat képez). A mély behatolású hegesztés nagymértékben elnyelt lézersugarat eredményez, mivel a lézersugár többszörös kölcsönhatásba lép a fémmel és a fémgőzzel, miközben áthalad az anyagon. A kulcslyuk közeli infravörös lézerrel történő működtetéséhez azonban jelentős beeső lézerintenzitás szükséges, különösen akkor, ha a hegesztendő anyag erősen tükröződik. És amint a kulcslyuk kialakul, az abszorpciós sebesség meredeken emelkedik, és a nagy teljesítményű közeli infravörös lézer által az olvadt medencében generált magas fémgőznyomás fröccsenést és porozitást okoz, ezért a lézer teljesítményét vagy hegesztési sebességét gondosan ellenőrizni kell, hogy elkerüljük a túlzott fröcskölést a hegesztési varratból. A fémgőzök és a technológiai gázban lévő "buborékok" is beszorulhatnak, amikor az olvadt medence megszilárdul, porozitást hozva létre a hegesztési kötésben. Az ilyen porozitás gyengíti a varrat szilárdságát és növeli a kötés ellenállását, ami gyengébb minőségű hegesztett kötést eredményez. Ezért a NIR lézerekkel nagy kihívást jelent az olyan anyagok feldolgozása, mint a réz<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.

Ezen közeli infravörös lézervezérlésű alkalmazások fejlesztéséhez az embereknek új lézeres fényforrásokon kell kutatásokat végezniük. Emellett az üvegházhatású gázok csökkentése érdekében új energetikai járművekkel váltják fel a benzinmotorokat és a belső égésű motorokat elektromos motorokra. A villanymotorok, különösen az erőakkumulátorok gyártásában felhasznált nagy mennyiségű réz óriási keresletet teremtett a megbízható rézfeldolgozó megoldások iránt, míg más megújuló energiarendszerekben, mint például a szélturbinákban ugyanilyen széles az alkalmazási kör.

2. A nagy teljesítményű kék ​​lézer születése

Az ipari lézertechnológia fejlődése mindig a gyártástechnológia útiterve és az új társadalmi követelmények mentén haladt. Az elmúlt 60 évben a digitális gazdaságtól és társadalomtól kezdve a fenntartható energián át az egészséges életig a lézertechnológia nagyban hozzájárult az emberiség jövője szempontjából fontos feladatok megoldásához. A lézertechnológia ma gazdaságunk számos alapterületének szerves részét képezi, a gyártástechnológiától az autógyártásig, az orvostechnikáig, a mérés- és környezettechnológiáig, valamint az információs és kommunikációs technológiáig. Ahogy a fémmegmunkálási technológia folyamatosan fejlődik, és a felhasználói igények folyamatosan nőnek, a lézerekhez újításokra van szükség a költség- és energiahatékonyság, valamint a lézerrendszer teljesítménye terén. A nagy fényvisszaverő képességű fémek hatékony feldolgozására irányuló piaci igény ösztönözte a nagy teljesítményű kék ​​lézertechnológia fejlődését, amely minden bizonnyal megnyitja a kaput a fémfeldolgozás új technológiái előtt.

A színesfémeknél a fényenergia elnyelése a fény hullámhosszának csökkenésével növekszik. Például a réz fényelnyelése 500 nm alatti hullámhosszon legalább 50 százalékkal megnövekszik az infravörös fénnyel összehasonlítva, így a rövid fényhullámok alkalmasabbak rézfeldolgozásra. A probléma az, hogy nehéz rövid hullámhosszú, nagy teljesítményű lézereket kifejleszteni ezekhez az ipari alkalmazásokhoz; kevés nagy teljesítményű opció áll rendelkezésre, és még a létezők is drágák és nem hatékonyak. Például van a piacon néhány, a frekvencia megkettőzésén alapuló szilárdtest-lézerforrás, amely ebben a hullámhossz-tartományban használható, és 515 nm-es és 532 nm-es (zöld spektrum) hullámhosszú lézerfényt állít elő. Ezek a lézerforrások azonban nemlineáris optikai kristályaikra támaszkodnak, hogy a szivattyú lézerenergiáját a cél hullámhossz energiájává alakítsák. Az átalakítási folyamat nagy teljesítményveszteséget eredményez, és a lézer bonyolult hűtőrendszereket és összetett optikai beállításokat igényel.

Ennek a kihívásnak a megválaszolása érdekében az emberek figyelmüket a kék félvezető lézerekre helyezik. Az egyik az, hogy a Blu-ray-nek megvannak a sajátos tulajdonságai. A nagy reflexiós képességű fémanyagoknak nagy a kék fény elnyelése, ami azt jelenti, hogy a kék fénynek óriási előnye van az erősen visszaverő anyagok (például réz stb.) fémfeldolgozásában. Amint az 1. ábrán látható, a kék fény réz általi elnyelése több mint 13-szor (13-szor) nagyobb, mint az infravörös fényé. Ezenkívül az abszorpciós sebesség nem sokat változik a réz megolvadásakor. Miután a kék lézer elkezdi a hegesztést, ugyanaz az energiasűrűség fogja folytatni a hegesztést. A Blu-ray lézeres hegesztés eleve jól szabályozott és kevésbé hibás, az eredmény pedig gyors és kiváló minőségű forrasztott hegesztés. Ugyanakkor a kék fény kevésbé nyelődik el a tengervízben, így nagyobb az átbocsátási távolsága, ami lehetővé teszi a víz alatti lézeres anyagfeldolgozás területének fejlesztését. Ráadásul a kék fényt viszonylag könnyű fehér fénnyé alakítani, így a reflektorok és egyéb világítási alkalmazások nagyon kompaktan megvalósíthatók kék lézerek segítségével. A második az, hogy a gallium-nitrid anyagokon alapuló félvezető lézerek további frekvencia-duplázás nélkül képesek közvetlenül generálni 450 nm hullámhosszú lézerfényt, így nagyobb az energiaátalakítási hatékonyságuk.

A 450 nm hullámhosszú lézer várhatóan közel 20-szorosára növeli a rézanyagok feldolgozási hatékonyságát az 1 µm-es hullámhosszhoz képest. A hagyományos közeli infravörös lézeres hegesztési eljárásokkal összehasonlítva a nagy teljesítményű kék ​​lézerek mennyiségi és minőségi előnyökkel is rendelkeznek. Mennyiségi előnyök: a megnövelt hegesztési sebesség és a szélesebb folyamatablak közvetlenül gyorsabb termelékenységet és minimálisra csökkentett gyártási leállást eredményez. Minőségi előnyök: nagyobb technológiai szélesség, fröccsenés- és porozitásmentes, kiváló minőségű hegesztési varratok, valamint nagyobb mechanikai szilárdság és alacsonyabb elektromos ellenállás. A hegesztési minőség állandósága nagymértékben javíthatja a termelési hozamot. Ezenkívül a kék lézer képes hővezető hegesztési módot is végrehajtani, ami a közeli infravörös lézerrel nem lehetséges.

Elérhetőség:

Ha bármilyen ötlete van, forduljon hozzánk bizalommal. Függetlenül attól, hogy hol tartózkodnak ügyfeleink és milyen követelményeket támasztanak, követjük azt a célunkat, hogy ügyfeleinknek magas minőséget, alacsony árakat és a legjobb szolgáltatást nyújtsuk.