Apa itu Laser Semikonduktor Biru Daya Tinggi?

ItuKecerahan dan Laser Semikonduktor Biru Daya Tinggiterus meningkatkan ke batas baru, yang juga akan mengarah pada aplikasi yang lebih banyak dan lebih luas. Selain pemrosesan bahan logam yang efisien, laser semikonduktor biru mengharapkan aplikasi lintas sektor, khususnya sektor teknik mesin akan memungkinkan pemrosesan bahan laser dengan cahaya biru di bawah air. Untuk manufaktur, ini tentu saja merupakan keuntungan besar. Selain itu, industri pencahayaan juga dapat menggunakan teknologi pencahayaan berkualitas tinggi berdasarkan laser semikonduktor biru.

1. Keterbatasan laser daya tinggi pada panjang gelombang inframerah-dekat

Selama beberapa dekade terakhir, laser CW berdaya tinggi telah menjadi alat yang umum dalam manufaktur modern, mencakup aplikasi seperti pengelasan, kelongsong, perawatan permukaan, pengerasan, pematerian, pemotongan, pencetakan 3D, dan manufaktur aditif. Puncak pengembangan pertama dari teknologi laser kontinu berdaya tinggi muncul sebelum tahun 2000, ketika laser karbon dioksida (CO2) dengan panjang gelombang 10,6µm berdaya tinggi dan laser solid-state Nd:YAG yang dipompa dengan panjang gelombang 1064 nm inframerah dekat dikembangkan. Namun, karena panjang gelombangnya, laser karbon dioksida sulit ditransmisikan melalui serat optik, yang menimbulkan kesulitan tertentu untuk aplikasi industri; sedangkan laser solid-state dibatasi oleh kecerahan dan kemampuan amplifikasi daya. Setelah tahun 2000, laser serat industri berdaya tinggi mulai muncul sebagai solusi untuk laser berdaya tinggi dan sangat terang yang dapat disalurkan melalui serat optik. Saat ini, laser serat telah menggantikan laser CO2 di sebagian besar aplikasi dan telah digunakan secara efektif di banyak aplikasi pemrosesan industri. Terutama dalam beberapa tahun terakhir, ini telah menjadi kekuatan utama laser industri, seperti pengelasan dan pemotongan laser, yang memiliki kecepatan, efisiensi, dan keandalan lebih tinggi daripada laser karbon dioksida.

Namun, laser serat berdaya tinggi CW ini biasanya beroperasi pada panjang gelombang inframerah-dekat (NIR), dalam jarak 1 µm, yang bagus untuk banyak aplikasi. Misalnya, cocok untuk pemrosesan baja dengan tingkat penyerapan lebih dari 50 persen , tetapi terbatas karena beberapa logam memantulkan 90 persen atau lebih insiden radiasi laser inframerah-dekat pada permukaannya. Terutama mengelas logam kuning seperti tembaga dan emas dengan laser inframerah-dekat, karena tingkat penyerapan yang rendah, ini berarti diperlukan banyak daya laser untuk memulai proses pengelasan. Secara umum ada dua proses pengelasan laser: pengelasan mode konduksi (di mana bahan hanya dilelehkan dan dialirkan kembali) dan pengelasan mode penetrasi dalam (di mana laser menguapkan logam dan tekanan uap membentuk rongga atau lubang kunci). Pengelasan mode penetrasi yang dalam menghasilkan sinar laser yang sangat terserap karena interaksi ganda yang dimiliki sinar laser dengan logam dan uap logam saat bergerak melalui material. Namun, menggerakkan lubang kunci dengan laser inframerah-dekat membutuhkan intensitas laser insiden yang cukup besar, terutama jika bahan yang dilas sangat reflektif. Dan setelah lubang kunci terbentuk, tingkat penyerapan akan meningkat tajam, dan tekanan uap logam tinggi yang dihasilkan oleh laser inframerah-dekat berdaya tinggi di kolam cair akan menyebabkan percikan dan porositas, sehingga daya laser atau kecepatan pengelasan perlu dikontrol dengan hati-hati untuk mencegah Percikan yang berlebihan dikeluarkan dari las. Uap logam dan "gelembung" dalam gas proses juga dapat terperangkap saat kolam cair mengeras, menciptakan porositas pada sambungan las. Porositas seperti itu melemahkan kekuatan las dan meningkatkan resistivitas sambungan, menghasilkan kualitas sambungan las yang lebih rendah. Oleh karena itu, laser NIR sangat menantang 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 mengembangkan aplikasi yang dikendalikan laser inframerah-dekat ini, orang harus melakukan penelitian tentang sumber cahaya laser baru. Selain itu, untuk mengurangi gas rumah kaca, kendaraan energi baru mengganti mesin bensin dan mesin pembakaran dalam dengan mesin listrik. Jumlah besar tembaga yang digunakan dalam konstruksi motor listrik, terutama baterai daya, telah menciptakan permintaan besar akan solusi pemrosesan tembaga yang andal, sedangkan dalam sistem energi terbarukan lainnya seperti turbin angin, ada aplikasi yang sama luasnya.

2. Kelahiran laser biru berkekuatan tinggi

Perkembangan teknologi laser industri selalu dikembangkan di sepanjang peta jalan teknologi produksi dan persyaratan sosial baru. Dalam 60 tahun terakhir, dari ekonomi digital dan masyarakat, hingga energi berkelanjutan, hingga kehidupan yang sehat, teknologi laser telah memberikan kontribusi besar untuk menyelesaikan tugas-tugas penting di masa depan umat manusia. Saat ini, teknologi laser merupakan bagian integral dari banyak bidang inti ekonomi kita, mulai dari teknologi produksi hingga teknik otomotif, teknologi medis, teknologi pengukuran dan lingkungan, serta teknologi informasi dan komunikasi. Karena teknologi pemrosesan logam terus maju dan kebutuhan pengguna terus meningkat, laser memerlukan inovasi dalam hal efisiensi biaya dan energi serta kinerja sistem laser. Permintaan pasar untuk pemrosesan logam yang sangat reflektif secara efisien telah mendorong pengembangan teknologi laser berdaya tinggi biru, yang tentunya akan membuka pintu bagi teknologi baru dalam pemrosesan logam.

Untuk logam non-ferrous, penyerapan energi cahaya meningkat seiring dengan penurunan panjang gelombang cahaya. Misalnya, penyerapan cahaya tembaga pada panjang gelombang di bawah 500nm akan meningkat setidaknya 50 persen dibandingkan dengan cahaya inframerah, sehingga panjang gelombang cahaya pendek lebih cocok untuk pemrosesan tembaga. Masalahnya adalah mengembangkan panjang gelombang pendek, laser berdaya tinggi untuk aplikasi industri ini sulit; beberapa opsi daya tinggi tersedia, dan bahkan opsi yang ada pun mahal dan tidak efisien. Misalnya, ada beberapa sumber laser solid-state di pasaran berdasarkan penggandaan frekuensi yang dapat digunakan dalam rentang panjang gelombang ini, menghasilkan sinar laser pada panjang gelombang 515nm dan 532nm (spektrum hijau). Namun, sumber laser ini bergantung pada kristal optik nonliniernya untuk mengubah energi laser pompa menjadi energi panjang gelombang target. Proses konversi menghasilkan kehilangan daya yang tinggi, dan laser membutuhkan sistem pendingin yang rumit dan pengaturan optik yang rumit.

Untuk memenuhi tantangan ini, orang menaruh perhatian mereka pada laser semikonduktor biru. Salah satunya karena Blu-ray memiliki sifat spesifiknya. Bahan logam dengan reflektifitas tinggi memiliki tingkat penyerapan cahaya biru yang tinggi, yang berarti bahwa cahaya biru memiliki keuntungan besar dalam pemrosesan logam dari bahan yang sangat reflektif (seperti tembaga, dll.). Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, penyerapan cahaya biru oleh tembaga lebih dari 13x (13 kali) lebih tinggi daripada cahaya inframerah. Selain itu, tingkat penyerapan tidak banyak berubah saat tembaga dilebur. Setelah laser biru mulai mengelas, kepadatan energi yang sama akan membuat pengelasan tetap berjalan. Pengelasan laser Blu-ray secara inheren dikontrol dengan baik dan tidak terlalu cacat, dan hasilnya adalah lasan brazing yang cepat dan berkualitas tinggi. Pada saat yang sama, cahaya biru kurang terserap di air laut, sehingga memiliki jarak transmisi yang lebih jauh, yang memungkinkan untuk mengembangkan bidang pemrosesan bahan laser bawah air. Selain itu, cahaya biru relatif mudah diubah menjadi cahaya putih, sehingga lampu sorot dan aplikasi pencahayaan lainnya dapat diimplementasikan dengan sangat kompak menggunakan laser biru. Yang kedua adalah bahwa laser semikonduktor berdasarkan bahan gallium nitride dapat langsung menghasilkan sinar laser dengan panjang gelombang 450nm tanpa penggandaan frekuensi lebih lanjut, sehingga memiliki efisiensi konversi energi yang lebih tinggi.

Laser dengan panjang gelombang 450nm diharapkan dapat meningkatkan efisiensi pemrosesan bahan tembaga hampir 20 kali lipat dibandingkan dengan panjang gelombang 1µm. Dibandingkan dengan proses pengelasan laser inframerah-dekat tradisional, laser biru berdaya tinggi memiliki keunggulan kuantitatif dan kualitatif. Keuntungan kuantitatif: peningkatan kecepatan pengelasan dan jendela proses yang lebih luas diterjemahkan langsung ke dalam produktivitas yang lebih cepat dan waktu henti produksi yang diminimalkan. Keuntungan kualitatif: lintang proses yang lebih besar, lasan berkualitas tinggi bebas percikan dan porositas, serta kekuatan mekanik yang lebih tinggi dan resistivitas listrik yang lebih rendah. Konsistensi kualitas pengelasan dapat sangat meningkatkan hasil produksi. Selain itu, laser biru juga dapat melakukan mode pengelasan konduksi panas, yang tidak mungkin dilakukan dengan laser inframerah-dekat.

Kontak informasi:

Jika Anda punya ide, jangan ragu untuk berbicara dengan kami. Di mana pun pelanggan kami berada dan apa persyaratan kami, kami akan mengikuti tujuan kami untuk menyediakan pelanggan kami dengan kualitas tinggi, harga murah, dan layanan terbaik.