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新型高亮度蓝光高功率二极管激光器

发布时间: 2020-09-27 11:19:23   作者:本站编辑   来源: 本站原创   浏览次数:

具有千瓦功率的蓝色二极管激光器研究在工业加工应用中取得进展,包括铜和其他高反射材料的切割、焊接和箔连接。

                      

图6 AI1500-W蓝二极管激光器无缺陷焊接铜达到1.5毫米的深度

光子学和激光技术在现代工业制造中比以往任何时候都更加重要,提供了强大、灵活、非接触、可靠的操作。二极管激光器在许多关键的制造过程中不断发展,包括蚀刻、硬化、钎焊、熔覆、金属和陶瓷的标记和焊接,以及从电子到飞机发动机的所有部件的连接。

多年来,许多类型的激光器在机械加工和其他工业应用中得到了应用。在工业加工中使用激光始于1967年二氧化碳(CO2)气体激光器。英国剑桥焊接研究所副科学主任Peter Houldcroft将一台300W的10µm CO2激光器的红外光(IR)聚焦,并用氧气作辅助气体来切割1mm厚的钢板。为了提高加工速度,二氧化碳激光器上世纪末已获得千瓦(kW)功率输出,并在接下来的几年持续改进。

在20世纪80年代,IR波长的掺杂稀土元素光纤激光器在金属加工市场上使用,在短短数年中实现了几千瓦的输出功率,改变了工业CO2激光器市场。第一台100W光纤激光器于2000年推出。在10年内,10千瓦功率水平的光纤激光器用于金属加工,这是CO2激光器从未实现的壮举。光纤激光器提高了转换效率,降低了激光器的维护成本,使其成为更经济的选择。今天,它在切割和焊接方面已经在很大程度上取代了传统的CO2激光器。

绿色和蓝色波长比红外更容易被许多金属吸收,使焊缝更光滑,更容易控制。 事实上,铜吸收蓝光比红外波长多13倍;金吸收蓝光比红外波长多66倍。使用这些金属的制造者长期以来一直渴望在提供每瓦一美元效率的替代波长上使用激光工具。

据早期蓝色二极管公司Nuburu的首席销售官和联合创始人让-米歇尔·佩拉普拉特(Jean-MichelePelaprat)说,美国-蓝色发光GaN半导体在技术成熟方面仍然落后于红色发光GaAs大约十年。但GaN的效率和寿命都取得了巨大的进步。

佩拉普说:“只有在过去五年,GaN半导体技术才成熟到足以使高功率蓝色二极管用于工业应用。虽然科学需要很长时间才能掌握第一个蓝色二极管,但在提高功率和效率方面的进展比红外二极管更快,因为为红外建立的半导体工艺已经为蓝源铺平了道路。”欧司朗的高级产品经理托马斯·布兰德斯说,“看到这项技术从2012年的第一个商业直接绿色二极管到今天千瓦封装的蓝色二极管的进步,真是太神奇了。高功率蓝色二极管的发展在短短几年里就发生了迅速的变化。”

在2019年的西部光子展上,Laserline展出了两个GaN蓝二极管模块的光纤耦合输出,在450nm处达到1000W,电光效率为25%。 BlauLas使蓝色直接二极管激光器的输出功率增加了一个数量级。此后不久,欧司朗推出了一种商用激光模块,其功率为445nm处达到50W,占空比为7.5%,转换效率为38%。

2020年4月,Laserline宣布具有60mm-mrad以上光束质量的2千瓦系统已在实验室进行测试,这有望改善焊接时间和焊接深度高达1mm。模块化系统安装于一个19英寸的机架中,以便于与现有系统集成。该公司声称,二极管激光的焊缝足够精确,可以处理智能手机电池中的薄铜片,它甚至适用于水下焊接,开辟了船舶和桥梁修理的新应用。

 
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