За последние несколько лет существуют два основных способа стимулирования применения лазерной технологии: первый – преодоление технического бутылочного горлышка и постоянное увеличение мощности, что приводит к значительному снижению стоимости одноваттного лазера и снижению затрат на использование; второй – появление новых технологий лазеров и технологий их применения, которые склонны к зрелости, принося вместе с тем новые приложения для расширения рыночного спроса.
Увеличение мощности можно рассматривать как вертикальное развитие, тогда как новый лазер можно рассматривать как горизонтальное развитие лазерной технологии. Мы много говорили о повышении мощности, но здесь мы сосредотачиваемся на будущем развитии новых лазеров. За последние 10 лет, от фибропульсов до фиброконтинуума, от одномодового до многомодового, от зеленого света до УФ, дисков, полупроводниковых, пикосекундных и фемтосекундных типов лазеров обсуждались и изучались. После фемтосекундного лазера, каков новый технологический путь для лазера? Этот вопрос в течение двух лет ставит меня в тупик.
Некоторые говорят о лазере аттосекунд, но аттосекундный лазер – это активно изучаемая область, и в мире еще нет зрелых коммерческих случаев аттосекундных лазеров. Последние два года синий лазер постепенно набирает обороты и привлекает внимание представителей отрасли. Это новый тип лазера, и его появление может привести к каким-либо изменениям в применении лазера, но будет ли у развития синего лазера будущее?
Развитие синего лазера за рубежом
Синий лазер – это источник света с длиной волны около 450 нм и выходным спектром в синей области. Промышленный синий лазер в основном является полупроводниковым лазером. Известно, что еще в апреле 2015 года фирма DILAS создала полупроводниковый лазер синего света с видимым спектром на 450 нм, максимальная выходная мощность составляет 25 Вт, с использованием оптоволокна диаметром 200 мкм или 400 мкм, мощность можно увеличить до 100 Вт, этот лазер можно использовать для обработки материалов.
Также в 2015 году японская компания Shimadzu объявила о успешной разработке волоконно-сцепленного высокосветимого прямого полупроводникового лазера BLUE IMPACT, лазер с галлиевым нитридом синего света, который является первым в мире производством лазерного источника света для лазерной обработки. В конце 2015 года продукт был награжден премией “Супер-изготовленные детали”, символом передовых технологий Японии. К февралю 2019 года Shimadzu объявила о партнерстве с Осакским университетом для разработки 1 кВт полупроводникового лазера.
В начале развития синего лазера его мощность была очень низкой, и только в 2017 году люди осознали необходимость разработки высокомощных синих лазеров. Как правило, синий лазерный диод может выводиться только как единичная единица, и при достижении высокой мощности размер пучка будет увеличиваться, что затрудняет поддержание малого размера пучка при достижении высокой мощности. Эта проблема может быть решена путем выбора метода связывания, то есть подготовкой нескольких источников синего света, таким образом, чтобы излучаемый свет сходился через объектив в оптическое волокно. Выход лазера через оптическое волокно, поэтому он не только легко управляем, но также, объединив несколько лазерных блоков вместе, можно легко увеличить выходную мощность лазера.
Поддерживаемая трехлетним государственным исследовательским проектом EFFILAS, немецкая компания Laserline выпустила первый полупроводниковый синий лазер класса киловатт, прототипом которого был 500-ваттный лазер в 2018 году, первый в мире коммерческий 1 кВт полупроводниковый синий лазер был представлен на выставке Shanghai Light Expo в 2019 году. К началу 2020 года компания объявила о реализации 2 кВт синего лазера для коммерческого использования.
Nuburu также является ведущим производителем синих лазеров. В начале 2017 года они начали с полупроводникового лазера, затем в 2018 году – 150 Вт и в 2019 году – 500 Вт. К 2020 году будут доступны ультраяркие синие лазеры мощностью 1500 Вт. В декабре 2020 года NUBURU объявила о завершении нового круга финансирования на сумму 20 миллионов долларов.
В феврале 2020 года СМИ сообщили, что Panasonic успешно запустила самый мощный в мире синий лазер с заявленной мощностью 135 Вт. Высококачественный выходной пучок производится с использованием метода многоволнового объединения пучка (WBC-RRB-техника) на прямом диодном лазере (DDL). С помощью этой техники мощность может быть регулирована, при этом поддерживается качество пучка, просто увеличивая количество источников лазера. Интенсивность полученного лазерного излучения может быть на два порядка выше, чем у обычной системы синего лазера. Эта технология была частично разработана компанией TeraDiode (TDI), которая была приобретена Panasonic в 2017 году. TDI – это компания, производящая полупроводниковые лазеры высокой мощности и высокой яркости, и является единственным производителем в мире, способным создавать полупроводниковый лазер для металлорезки.
Развитие синего лазера в Китае
К 2020 году китайские исследовательские учреждения и компании последовали по пути развития полупроводниковых лазеров. В мае Shenzhen Lianying Laser объявила о запуске первого в Китае полупроводникового лазера, мощность которого составляет 1 кВт, длина волны – 455 нм, при сварке меди используется теплопроводящая сварка, сварочный процесс без брызг, стабильность плавления, уровень сварного шва, внешний вид хороший.
Приблизительно в то же время полупроводниковый лазер, который долгое время сосредотачивался на материалах третьего поколения полупроводниковых светоизлучающих материалов, успешно разработал промышленный синий свет.
В сентябре Гуанчжоу-Хонгконгско-Макаоский институт твердотельных наук и инноваций технологий объ явил о выпуске промышленного полупроводникового синего прямого выходного лазера, мощность которого составляет 500 ватт, стабильность мощности менее ± 2%, компактная конструкция, подходит для сварки, наплавки, 3D-печати высокорефлективных материалов. Чтобы обеспечить производительность продукции, Институт также запустил 5 предприятий, работающих с синими лазерами, чтобы предоставить бесплатную годовую пробную версию.
Также в сентябре на Shanghai Industry Fair ведущий китайский производитель волоконных лазеров Wuhan Ruike Laser объявил о выпуске полупроводникового лазера. В то время было сказано, что поглощение сварки синего лазера выше, примерно в 10 раз, чем в инфракрасном диапазоне. 500-ваттный синий лазер можно найти на веб-сайте Reeker. Лазер используется для сварки золота, серебра, меди, аккумуляторов из недрагоценных металлов, 3C и сплавов.
