Apakah Laser Semikonduktor Biru Berkuasa Tinggi?

TheLaser Semikonduktor Biru Kecerahan dan Kuasa Tinggisentiasa bertambah baik kepada had baharu, yang juga akan membawa kepada aplikasi yang lebih banyak dan lebih luas. Selain pemprosesan bahan logam yang cekap, laser semikonduktor biru menjangkakan aplikasi merentas sektor, khususnya sektor kejuruteraan mekanikal akan membolehkan pemprosesan bahan laser dengan cahaya biru di bawah air. Untuk pembuatan, ini sudah tentu merupakan kelebihan yang besar. Selain itu, industri pencahayaan juga boleh menggunakan teknologi pencahayaan berkualiti tinggi berdasarkan laser semikonduktor biru.

1. Had laser berkuasa tinggi pada panjang gelombang dekat-inframerah

Sejak beberapa dekad yang lalu, laser CW berkuasa tinggi telah menjadi alat biasa dalam pembuatan moden, meliputi aplikasi seperti kimpalan, pelapisan, rawatan permukaan, pengerasan, pematerian, pemotongan, percetakan 3D dan pembuatan bahan tambahan. Kemuncak pembangunan pertama teknologi laser berterusan berkuasa tinggi muncul sebelum tahun 2000, apabila laser karbon dioksida (CO2) panjang gelombang berkuasa tinggi 10.6µm dan laser keadaan pepejal Nd:YAG panjang gelombang hampir inframerah 1064nm yang dipam semikonduktor Nd:YAG telah dibangunkan. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh panjang gelombangnya, laser karbon dioksida sukar dihantar melalui gentian optik, yang menimbulkan kesukaran tertentu untuk aplikasi perindustrian; manakala laser keadaan pepejal dihadkan oleh kecerahan dan keupayaan penguatan kuasa. Selepas tahun 2000, laser gentian industri berkuasa tinggi mula muncul sebagai penyelesaian untuk kecerahan tinggi, laser berkuasa tinggi yang boleh dihantar melalui gentian optik. Hari ini, laser gentian telah menggantikan laser CO2 dalam kebanyakan aplikasi dan telah digunakan dengan berkesan dalam banyak aplikasi pemprosesan industri. Terutama dalam beberapa tahun kebelakangan ini, ia telah menjadi kuasa utama laser perindustrian, seperti kimpalan dan pemotongan laser, yang mempunyai kelajuan, kecekapan dan kebolehpercayaan yang lebih tinggi daripada laser karbon dioksida.

Walau bagaimanapun, laser gentian berkuasa tinggi CW ini biasanya beroperasi pada panjang gelombang inframerah dekat (NIR), dalam 1 µm, yang sesuai untuk banyak aplikasi. Sebagai contoh, ia sesuai untuk pemprosesan keluli dengan kadar penyerapan lebih daripada 50 peratus, tetapi ia terhad kerana sesetengah logam memantulkan 90 peratus atau lebih kejadian sinaran laser inframerah dekat pada permukaannya. Terutamanya mengimpal logam kuning seperti tembaga dan emas dengan laser inframerah dekat, kerana kadar penyerapan yang rendah, ini bermakna banyak kuasa laser diperlukan untuk memulakan proses kimpalan. Secara umumnya terdapat dua proses kimpalan laser: kimpalan mod pengaliran (di mana bahan hanya dicairkan dan dialirkan semula) dan kimpalan mod penembusan dalam (di mana laser mengewapkan logam dan tekanan wap membentuk rongga atau lubang kunci). Kimpalan mod penembusan dalam menghasilkan pancaran laser yang sangat diserap disebabkan oleh pelbagai interaksi pancaran laser dengan logam dan wap logam semasa ia bergerak melalui bahan. Walau bagaimanapun, menggerakkan lubang kunci dengan laser inframerah dekat memerlukan intensiti laser insiden yang besar, terutamanya jika bahan yang dikimpal adalah sangat memantulkan. Dan sebaik sahaja lubang kunci terbentuk, kadar penyerapan akan meningkat dengan mendadak, dan tekanan wap logam tinggi yang dihasilkan oleh laser inframerah dekat berkuasa tinggi dalam kolam lebur akan menyebabkan percikan dan keliangan, jadi kuasa laser atau kelajuan kimpalan perlu dikawal dengan teliti untuk mengelakkan Percikan yang berlebihan dikeluarkan daripada kimpalan. Wap logam dan "gelembung" dalam gas proses juga mungkin terperangkap apabila kolam lebur menjadi pejal, mewujudkan keliangan dalam sambungan kimpalan. Keliangan sedemikian melemahkan kekuatan kimpalan dan meningkatkan kerintangan sendi, menghasilkan sambungan kimpalan yang berkualiti rendah. Oleh itu, laser NIR sangat mencabar untuk memproses bahan seperti tembaga<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.

Untuk membangunkan aplikasi kawalan laser inframerah dekat ini, orang ramai mesti menjalankan penyelidikan mengenai sumber cahaya laser baharu. Di samping itu, untuk mengurangkan gas rumah hijau, kenderaan tenaga baharu menggantikan enjin petrol dan enjin pembakaran dalaman dengan enjin elektrik. Jumlah besar tembaga yang digunakan dalam pembinaan motor elektrik, terutamanya bateri kuasa, telah mewujudkan permintaan yang besar untuk penyelesaian pemprosesan tembaga yang boleh dipercayai, manakala dalam sistem tenaga boleh diperbaharui lain seperti turbin angin, terdapat pelbagai aplikasi yang sama luas.

2. Kelahiran laser biru berkuasa tinggi

Perkembangan teknologi laser perindustrian sentiasa dibangunkan di sepanjang pelan hala tuju teknologi pengeluaran dan keperluan sosial baharu. Dalam tempoh 60 tahun yang lalu, daripada ekonomi digital dan masyarakat, kepada tenaga yang mampan, kepada kehidupan yang sihat, teknologi laser telah memberikan sumbangan besar untuk menyelesaikan tugas-tugas penting pada masa depan manusia. Hari ini, teknologi laser adalah sebahagian daripada banyak bidang teras ekonomi kita, daripada teknologi pengeluaran kepada kejuruteraan automotif, teknologi perubatan, pengukuran dan teknologi alam sekitar, serta teknologi maklumat dan komunikasi. Memandangkan teknologi pemprosesan logam terus maju dan keperluan pengguna terus meningkat, laser memerlukan inovasi dari segi kos dan kecekapan tenaga serta prestasi sistem laser. Permintaan pasaran untuk pemprosesan cekap logam yang sangat reflektif telah merangsang pembangunan teknologi laser berkuasa tinggi biru, yang pastinya akan membuka pintu kepada teknologi baharu dalam pemprosesan logam.

Bagi logam bukan ferus, penyerapan tenaga cahayanya meningkat apabila panjang gelombang cahaya berkurangan. Sebagai contoh, penyerapan cahaya tembaga pada panjang gelombang di bawah 500nm akan meningkat sekurang-kurangnya 50 peratus berbanding dengan cahaya inframerah, jadi panjang gelombang cahaya pendek lebih sesuai untuk pemprosesan tembaga. Masalahnya ialah membangunkan laser panjang gelombang pendek, berkuasa tinggi untuk aplikasi industri ini adalah sukar; beberapa pilihan berkuasa tinggi tersedia, malah pilihan yang wujud adalah mahal dan tidak cekap. Sebagai contoh, terdapat beberapa sumber laser keadaan pepejal di pasaran berdasarkan penggandaan frekuensi yang boleh digunakan dalam julat panjang gelombang ini, menghasilkan cahaya laser pada panjang gelombang 515nm dan 532nm (spektrum hijau). Walau bagaimanapun, sumber laser ini bergantung pada kristal optik tak linear mereka untuk menukar tenaga laser pam kepada tenaga panjang gelombang sasaran. Proses penukaran mengakibatkan kehilangan kuasa yang tinggi, dan laser memerlukan sistem penyejukan yang kompleks dan tetapan optik yang kompleks.

Untuk menghadapi cabaran ini, orang ramai meletakkan perhatian mereka pada laser semikonduktor biru. Satu adalah kerana Blu-ray mempunyai ciri khusus. Bahan logam pemantulan tinggi mempunyai kadar penyerapan cahaya biru yang tinggi, yang bermaksud bahawa cahaya biru mempunyai kelebihan besar dalam pemprosesan logam bahan yang sangat reflektif (seperti tembaga, dll.). Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1, penyerapan cahaya biru oleh kuprum adalah lebih daripada 13× (13 kali) lebih tinggi daripada cahaya inframerah. Selain itu, kadar penyerapan tidak banyak berubah apabila kuprum dicairkan. Sebaik sahaja laser biru mula mengimpal, ketumpatan tenaga yang sama akan memastikan kimpalan berjalan. Kimpalan laser Blu-ray sememangnya dikawal dengan baik dan kurang rosak, dan hasilnya adalah kimpalan pateri yang cepat dan berkualiti tinggi. Pada masa yang sama, cahaya biru kurang diserap dalam air laut, jadi ia mempunyai jarak penghantaran yang lebih panjang, yang memungkinkan untuk membangunkan bidang pemprosesan bahan laser bawah air. Di samping itu, cahaya biru agak mudah untuk ditukar kepada cahaya putih, jadi lampu limpah dan aplikasi pencahayaan lain boleh dilaksanakan dengan sangat padat menggunakan laser biru. Yang kedua ialah laser semikonduktor berasaskan bahan galium nitrida boleh terus menjana cahaya laser dengan panjang gelombang 450nm tanpa penggandaan frekuensi selanjutnya, jadi mereka mempunyai kecekapan penukaran tenaga yang lebih tinggi.

Laser dengan panjang gelombang 450nm dijangka meningkatkan kecekapan pemprosesan bahan tembaga hampir 20 kali ganda berbanding dengan panjang gelombang 1µm. Berbanding dengan proses kimpalan laser dekat-inframerah tradisional, laser biru berkuasa tinggi mempunyai kelebihan kuantitatif dan kualitatif. Kelebihan kuantitatif: peningkatan kelajuan kimpalan dan tetingkap proses yang lebih luas diterjemahkan terus kepada produktiviti yang lebih pantas dan meminimumkan masa henti pengeluaran. Kelebihan kualitatif: latitud proses yang lebih besar, kimpalan berkualiti tinggi bebas percikan dan bebas keliangan, serta kekuatan mekanikal yang lebih tinggi dan rintangan elektrik yang lebih rendah. Konsistensi kualiti kimpalan boleh meningkatkan hasil pengeluaran. Di samping itu, laser biru juga boleh menjalankan mod kimpalan pengaliran haba, yang tidak mungkin dilakukan dengan laser inframerah dekat.

Maklumat perhubungan:

Jika anda mempunyai sebarang idea, sila berbincang dengan kami. Tidak kira di mana pelanggan kami berada dan apa keperluan kami, kami akan mengikut matlamat kami untuk menyediakan pelanggan kami kualiti tinggi, harga rendah dan perkhidmatan terbaik.