Kas yra didelės galios mėlyni puslaidininkiniai lazeriai?

TheRyškumo ir didelio galingumo mėlyni puslaidininkiniai lazeriainuolat tobulėja iki naujų ribų, o tai taip pat paskatins daugiau ir platesnių pritaikymų. Be veiksmingo metalo medžiagų apdorojimo, mėlynieji puslaidininkiniai lazeriai tikimasi pritaikymo įvairiuose sektoriuose, ypač mechaninės inžinerijos sektoriuje, po vandeniu bus galima apdoroti medžiagas lazeriu naudojant mėlyną šviesą. Gamybai tai, žinoma, yra didžiulis pranašumas. Be to, apšvietimo pramonė taip pat gali naudoti aukštos kokybės apšvietimo technologiją, pagrįstą mėlynais puslaidininkiniais lazeriais.

1. Didelės galios lazerių apribojimai esant artimiems infraraudonųjų spindulių bangų ilgiams

Per pastaruosius kelis dešimtmečius didelės galios CW lazeriai tapo įprastu šiuolaikinės gamybos įrankiu, apimančiu tokias sritis kaip suvirinimas, dengimas, paviršiaus apdorojimas, grūdinimas, litavimas, pjovimas, 3D spausdinimas ir priedų gamyba. Pirmasis didelės galios nepertraukiamo lazerio technologijos vystymosi pikas pasirodė prieš 2000 m., kai buvo sukurtas didelės galios 10,6 µm bangos ilgio anglies dioksido (CO2) lazeris ir beveik infraraudonųjų spindulių 1064 nm bangos ilgio puslaidininkiais pumpuojamas Nd:YAG kietojo kūno lazeris. Tačiau dėl savo bangos ilgio anglies dioksido lazeriai yra sunkiai perduodami per optines skaidulas, o tai kelia tam tikrų sunkumų pramonėje; tuo tarpu kietojo kūno lazerius riboja ryškumas ir galios stiprinimo galimybės. Po 2000 m. pradėjo atsirasti didelės galios pramoniniai šviesolaidiniai lazeriai kaip sprendimai didelio ryškumo, didelės galios lazeriams, kurie gali būti tiekiami per optines skaidulas. Šiandien pluoštiniai lazeriai daugeliu atvejų pakeitė CO2 lazerius ir buvo efektyviai naudojami daugelyje pramoninio apdorojimo programų. Ypač pastaraisiais metais jis tapo pagrindine pramoninių lazerių, tokių kaip suvirinimas ir pjovimas lazeriu, jėga, kuri pasižymi didesniu greičiu, efektyvumu ir patikimumu nei anglies dvideginio lazeriai.

Tačiau šie CW didelės galios skaiduliniai lazeriai paprastai veikia artimo infraraudonųjų spindulių (NIR) bangos ilgiuose, 1 µm ribose, o tai tinka daugeliui programų. Pavyzdžiui, jis tinkamas apdirbti plieną, kurio sugerties greitis yra didesnis nei 50 procentų, tačiau jis yra ribotas, nes kai kurie metalai atspindi 90 procentų ar daugiau artimojo infraraudonųjų spindulių lazerio spinduliuotės, patenkančios į jų paviršius. Ypač suvirinant geltonuosius metalus, tokius kaip varis ir auksas artimųjų infraraudonųjų spindulių lazeriais, dėl mažo sugerties laipsnio, tai reiškia, kad norint pradėti suvirinimo procesą reikia daug lazerio galios. Paprastai yra du lazerinio suvirinimo procesai: suvirinimas laidumo režimu (kai medžiaga tiesiog išlydoma ir suliejama) ir giluminio įsiskverbimo režimo suvirinimas (kai lazeris išgarina metalą, o garų slėgis sudaro ertmę arba rakto skylutę). Gilaus įsiskverbimo režimo suvirinimas lemia labai sugeriamą lazerio spindulį dėl daugybės lazerio spindulio sąveikos su metalu ir metalo garais, kai jis keliauja per medžiagą. Tačiau norint įjungti rakto skylutę beveik infraraudonųjų spindulių lazeriu, reikia didelio krintančio lazerio intensyvumo, ypač jei suvirinama medžiaga labai atspindi. O susidarius rakto skylutei, sugerties greitis smarkiai padidės, o didelis metalo garų slėgis, kurį išlydytame baseine sukuria didelės galios infraraudonųjų spindulių lazeris, sukels purslų ir poringumo, todėl lazerio galia arba suvirinimo greitis turi būti atidžiai kontroliuojama, kad iš suvirinimo siūlės nepatektų per daug purslų. Metalo garai ir „burbuliukai“ proceso dujose taip pat gali įstrigti, nes išlydytas baseinas kietėja, todėl suvirinimo jungtyje susidaro poringumas. Toks poringumas susilpnina suvirinimo stiprumą ir padidina jungties varžą, todėl suvirinimo jungtis yra prastesnės kokybės. Todėl NIR lazeriai yra labai sudėtingi apdoroti tokias medžiagas kaip varis<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.

Norėdami sukurti šias beveik infraraudonųjų spindulių lazeriu valdomas programas, žmonės turi atlikti naujų lazerinių šviesos šaltinių tyrimus. Be to, siekiant sumažinti šiltnamio efektą sukeliančių dujų kiekį, naujos energetinės transporto priemonės benzininius ir vidaus degimo variklius pakeičia elektriniais varikliais. Didelis vario kiekis, naudojamas elektros variklių, ypač galios akumuliatorių, konstrukcijoje, sukūrė didžiulę patikimų vario apdirbimo sprendimų paklausą, o kitose atsinaujinančios energijos sistemose, tokiose kaip vėjo turbinos, yra ne mažiau platus pritaikymas.

2. Didelės galios mėlynojo lazerio gimimas

Pramoninės lazerinės technologijos plėtra visada buvo plėtojama atsižvelgiant į gamybos technologijos planą ir naujus socialinius reikalavimus. Per pastaruosius 60 metų nuo skaitmeninės ekonomikos ir visuomenės iki tvarios energijos ir sveiko gyvenimo – lazerių technologija labai prisidėjo sprendžiant svarbias žmonijos ateities užduotis. Šiandien lazerinės technologijos yra neatsiejama daugelio pagrindinių mūsų ekonomikos sričių – nuo ​​gamybos technologijų iki automobilių inžinerijos, medicinos technologijų, matavimo ir aplinkosaugos technologijų bei informacinių ir ryšių technologijų – dalis. Kadangi metalo apdirbimo technologija ir toliau tobulėja, o vartotojų poreikiai ir toliau didėja, lazeriams reikia naujovių, susijusių su sąnaudomis ir energijos vartojimo efektyvumu bei lazerinių sistemų veikimu. Rinkos paklausa efektyviai apdirbti labai atspindinčius metalus paskatino mėlynos spalvos didelės galios lazerinės technologijos plėtrą, kuri neabejotinai atvers duris naujoms metalo apdirbimo technologijoms.

Spalvotųjų metalų šviesos energijos sugertis didėja mažėjant šviesos bangos ilgiui. Pavyzdžiui, vario šviesos sugertis, kai bangos ilgis mažesnis nei 500 nm, padidės mažiausiai 50 procentų, palyginti su infraraudonųjų spindulių šviesa, todėl trumpi šviesos bangos ilgiai labiau tinka variui apdoroti. Problema ta, kad sudėtinga sukurti trumpo bangos ilgio didelės galios lazerius šiems pramoniniams tikslams; yra keletas didelės galios variantų, o net tie, kurie egzistuoja, yra brangūs ir neefektyvūs. Pavyzdžiui, rinkoje yra keletas kietojo kūno lazerinių šaltinių, pagrįstų dažnio padvigubėjimu, kuriuos galima naudoti šiame bangų ilgių diapazone, gaminančių lazerio šviesą, kurios bangos ilgiai yra 515 nm ir 532 nm (žalias spektras). Tačiau šie lazeriniai šaltiniai remiasi savo netiesiniais optiniais kristalais, kad siurblio lazerio energiją paverstų tikslinio bangos ilgio energija. Konversijos procesas sukelia didelius galios nuostolius, o lazeriui reikia sudėtingų aušinimo sistemų ir sudėtingų optinių sąrankų.

Siekdami įveikti šį iššūkį, žmonės atkreipė dėmesį į mėlynus puslaidininkinius lazerius. Viena iš jų yra ta, kad „Blu-ray“ turi specifinių savybių. Labai atspindinčios metalo medžiagos pasižymi dideliu mėlynos šviesos sugerties laipsniu, o tai reiškia, kad mėlyna šviesa turi didžiulį pranašumą apdirbant metalą labai atspindinčias medžiagas (pvz., varį ir kt.). Kaip parodyta 1 paveiksle, vario mėlynos šviesos sugertis yra daugiau nei 13 kartų (13 kartų) didesnė nei infraraudonosios šviesos. Be to, tirpstant variui absorbcijos greitis labai nesikeičia. Kai mėlynasis lazeris pradės suvirinti, suvirinimas tęsis naudojant tą patį energijos tankį. „Blu-ray“ lazerinis suvirinimas iš prigimties yra gerai valdomas ir turi mažiau defektų, o rezultatas yra greitas ir aukštos kokybės lituotas suvirinimas. Tuo pačiu metu mėlyna šviesa yra mažiau sugeriama jūros vandenyje, todėl turi didesnį perdavimo atstumą, o tai leidžia plėtoti povandeninio lazerinio medžiagų apdorojimo sritį. Be to, mėlyną šviesą gana lengva paversti balta šviesa, todėl prožektoriai ir kitos apšvietimo programos gali būti įgyvendinamos labai kompaktiškai naudojant mėlynus lazerius. Antrasis yra tas, kad puslaidininkiniai lazeriai, kurių pagrindą sudaro galio nitrido medžiagos, gali tiesiogiai generuoti lazerio šviesą, kurios bangos ilgis yra 450 nm be tolesnio dažnio padvigubinimo, todėl jie turi didesnį energijos konversijos efektyvumą.

Tikimasi, kad lazeris, kurio bangos ilgis yra 450 nm, padidins vario medžiagų apdorojimo efektyvumą beveik 20 kartų, palyginti su 1 µm bangos ilgiu. Palyginti su tradiciniais artimojo infraraudonųjų spindulių lazerinio suvirinimo procesais, didelės galios mėlynieji lazeriai turi kiekybinių ir kokybinių pranašumų. Kiekybiniai pranašumai: didesnis suvirinimo greitis ir platesnis proceso langas tiesiogiai padidina našumą ir sumažina gamybos prastovos laiką. Kokybiniai pranašumai: didesnė proceso platuma, aukštos kokybės suvirinimo siūlės be purslų ir poringumo, taip pat didesnis mechaninis stiprumas ir mažesnė elektrinė varža. Suvirinimo kokybės nuoseklumas gali labai pagerinti produkcijos išeigą. Be to, mėlynas lazeris taip pat gali atlikti šilumos laidumo suvirinimo režimą, o tai neįmanoma naudojant infraraudonųjų spindulių lazerį.

Kontaktinė informacija:

Jei turite kokių nors idėjų, nedvejodami pasikalbėkite su mumis. Nesvarbu, kur yra mūsų klientai ir kokie yra mūsų reikalavimai, sieksime savo tikslo teikti klientams aukštą kokybę, žemas kainas ir geriausias paslaugas.