高出力半導体レーザー産業分野におけるの応用

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• 半導体チップ技術と光技術の発達により、半導体レーザーの出力は継続的に向上され、ビーム品質は大幅に改善され、産業分野ではより多くの用途が得られている。現在、産業用高出力半導体レーザーの出力およびビーム品質は、ランプ励起YAGレーザーの出力およびビーム品質を上回り、半導体励起YAGレーザーに近い。半導体レーザーは、徐々にプラスチック溶接、クラッディング、合金化、表面熱処理、金属溶接などに応用されており、マーキングやカッティングに応用が進んでいます。

  

  （1）レーザープラスチック溶接
  半導体レーザーのビームはフラットトップビームであり、断面強度の空間分布は比較的均一である。 YAGレーザーのビームと比較して、半導体レーザーのビームは、プラスチック溶接用途においてより良好な溶接均一性および溶接品質を達成することができ、広いシーム溶接に使用することができる。プラスチック溶接用途は、典型的には50~700W、100mm / mrad未満のビーム品質、および0.5~5mmのスポットサイズの半導体レーザに対して高い電力要件を必要としない。局所加熱は、プラスチック部品の熱応力を低減し、埋め込まれた電子部品の損傷を回避し、プラスチックの溶融をより良好に回避する。原材料と顔料を最適化することにより、レーザープラスチック溶接は異なる合成色を達成することができます。 現在、半導体レーザは、密閉容器、電子部品ハウジング、自動車部品、および異種プラスチックのはんだ付けに広く使用されている。

  （2）レーザークラッドおよび表面熱処理
  
  耐摩耗性および耐食性に対する要求が高い金属部品の表面熱処理または部分被覆は、加工における半導体レーザーの重要な用途である。国際的には、レーザークラッディングおよび表面熱処理のための半導体レーザーは、1~6kWの出力、100~400mm / mradのビーム品質、および2×2mm~3×3mm2または1×5mm2のスポットサイズを有する。他のレーザと比較して、クラッドおよび半導体レーザビームによる表面熱処理の利点は、高い電気光学効率、高い材料吸収速度、低いメンテナンスコスト、スポットの矩形形状および均一な光強度分布である。現在、半導体レーザクラッディングや表面熱処理は、電力、石油化学、冶金、鉄鋼、機械などの産業分野で広く使用されており、新しい材料の製造、金属部品の迅速な直接製造、金属部品のグリーン再製造の重要な手段の1つになっています。

  （3）レーザー溶接
  
  半導体高出力レーザーは金属溶接に多くの用途を有しており、自動車産業における精密スポット溶接から製造材料の熱伝導溶接、パイプの軸方向溶接まで幅広く使用されています。板金溶接に用いられる半導体レーザは、出力が300~3000W、ビーム品質が40~150mm / mrad、スポットサイズが0.4~1.5mm、接合材の厚さが0.1~2.5mmであることが必要である。熱入力が低いため、部品の歪みは最小限に抑えられます。 高出力半導体レーザは高速で溶接することができ、溶接は滑らかで美しいものであり、溶接中および溶接後の労力を節約する点で特別な利点があり、産業溶接のさまざまなニーズに非常に適しています。

  （4）レーザーマーキング
  
  レーザマーキング技術は、レーザ加工のための最大の用途の1つである。 現在使用されているレーザーはYAGレーザー、CO2レーザー、半導体ポンプレーザーです。 しかし、半導体レーザ光の品質向上に伴い、マーキング分野では半導体レーザマーキング装置が使用され始めている。ドイツのLIMOは5mmのビーム品質を導入しましたか？ Mradの50W直接出力半導体レーザと50μmファイバ結合出力25W半導体レーザは、マーキングアプリケーションのレーザ出力パワーとビーム品質要求を満たしています。

  （5）レーザー切断
  
  切断分野における高出力半導体レーザの適用は遅れて開始された。ドイツ教育研究省の「Modular Semiconductor Laser System」（MDS）プログラムの支援を受けて、1980年にドイツの研究開発研究所は800Wの半導体レーザー切断機を開発し、厚さ10mmの鋼板を切断することができました。切断速度は0.4m /分であった。

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