Témata
Reklama

Nová generace polovodičových laserů s diamantovým sendvičem

Vědci z univerzity ve Stuttgartu ukázali cestu pro novou generaci polovodičových laserů. Tyto mají být zejména výkonnější a použitelné v nových oblastech. Lasery jsou založeny na diamantovém sendviči.

Své popularitě vděčí lasery především filmům, jako je Star Wars nebo James Bond. Nyní se lasery používají podle výkonu, kvality paprsku a vlnové délky především pro řezání a svařování různých materiálů nebo v lékařské technice. Ve výzkumných organizacích Institut für Halbleiteroptik und Funktionelle Grenzflächen (IHFG) a Strahlwerkzeuge (IFSW) vyzkoušeli možnosti dalšího zlepšení výstupního výkonu polovodičových kotoučových laserů, vylepšení profilu paprsku a získání možnosti řízení vlnové délky během provozu bez ztráty jejich současných výhod.

Protože polovodič sám představuje velmi špatný vodič tepla a vysoké teploty všeobecně škodí všem laserům, upustili výzkumníci od všeho, co není pro laser nezbytně nutné. Nosný substrát, na kterém je nanesena vrstva polovodiče, byl zcela odstraněn. U polovodičových kotoučových laserů je vždy integrováno polopropustné zrcadlo, které je nyní odstraněno a nahrazeno dalším externím zrcadlem.

Reklama
Reklama
Výroba diamantového polovodičového sendviče vyžaduje citlivé prsty a klidné ruce.

Zůstala pouze malá, sto nanometrů tlustá aktivní laserová zóna. Tato byla umístěna mezi dva dia-mantové kotoučky, neboť se průsvitný drahý kámen hodí jako chladicí těleso. Dva pracovníci mokrou chemickou cestou na nosný substrát izolovali laserovou aktivní zónu. Polovodičová membrána – silná pouze osminu tloušťky lidského vlasu – může být nanesena jenom mokrou chemickou cestou. Membránu umístili do středu diamantového kotoučku o průměru 4 mm a tloušťce 0,5 mm. „Potřebovali jsme velmi klidné ruce, velkou šikovnost a trpělivost, protože pokud polovodičová mem-brána není na kotoučku dokonale přichycena, nemůžeme pokračovat dál, aniž bychom ji neponičili,“ vysvětluje Hermann Kahle, doktorand na IHFG.

Dosáhnout vysokého výstupního výkonu

Po mnoha pokusech byl diamantový polovodičový sendvič hotový a bylo možné integrovat ho do rezonátoru laseru a v laboratoři optiky stanovit jeho vlastnosti. Seřízení trvalo hodiny. Konečně začala laserová membrána pracovat a vysílala silný světelný paprsek v červeném spektru záření. Ukázaly se očekávané vlastnosti: vysoký výstupní výkon, přestavitelnost vlnové délky během provozu, perfektní profil paprsku. To vše se podařilo díky diamantovému sendviči při provozní teplotě 10 °C. Dříve bylo nutné část konstrukce laseru chladit na –30 °C.

Polovodičová membrána mezi dvěma kruhovými diamantovými kotoučky. Průhledný drahý kámen jako integrované chladicí těleso.

Pro výzkumný tým teprve nyní začala detailní práce. „Mohli jsme konečně realizovat laser, který nebylo dosud možné v oblasti polovodičů sestavit,“ říká Kahle. Na nový laser se tak může těšit například medicína: lze jej použít například pro fotodynamickou terapii – paprsek má vlnovou délku stejnou jako používané světelné medikamenty. Navíc může být rozšířena světelná oblast polovodičových laserů o nové barvy, jako je žlutá nebo oranžová. S jinými polovodičovými materiály je nyní možné vytvořit také membránové lasery s modrým výstupním paprskem. Kombinace červené se zelenou umožňuje vyrobit nový promítací přístroj pro kina, který bylo možné vidět například ve filmu Star Wars.

MM Das Industriemagazin č. 16, 2017, str. 70-–1

Rebecca Vogt, zpracoval: J. Řasa

jar.rasa@seznam.cz

Reklama
Vydání #1,2
Kód článku: 180102
Datum: 07. 02. 2018
Rubrika: Trendy / Spojování a dělení
Autor:
Firmy
Související články
Laserová technologie Platino pro každého

Nová verze fiber laseru Platino od italského výrobce Prima Power je jeden z nejúspěšnějších produktů z celého portfolia společnosti. 2D laser postavený na více než konsolidované platformě ze syntetického granitu má na kontě více než 2 000 instalací po celém světě. Stroj byl vybaven a aktualizován důležitými technologickými inovacemi, které přispívají k tomu, že je ještě rychlejší, spolehlivější a produktivnější.

Harmonizace ve svařování

Mezinárodní harmonizace norem a pravidel pro svařování je důležitá z mnoha důvodů. Primárním důvodem je skutečnost, že svařování je považováno za "zvláštní proces" (EN ISO 9001), při kterém nelze zcela zjistit jakost po skončení procesu inspekcí, ale jakost musí být sledována před i v průběhu celého procesu svařování.

Oscilující paprsek laseru pracuje přesněji

Univerzálním nástrojem naší doby je laser, kterým je možné bezdotykově opracovávat téměř všechny materiály. Ještě lépe a přesněji se podaří materiály řezat nebo gravírovat, když paprsek laseru kmitá.

Související články
Současný vývoj v oblasti svařování

Svařování, resp. spojování materiálů je v podstatě průřezová skupina technologií, která ovlivňuje prakticky všechny průmyslové obory. Některé obory by bez svařování a dalších způsobů spojování materiálů dnes již nemohly vůbec existovat, např. výroba automobilů, výroba konstrukcí ve stavebnictví a řady strojírenských složitých výrobků, včetně energetických zařízení.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Navařování metodou WAAM

Aditivní výroba (AM – Additive Manufacturing, 3D print apod.) je inovativní výrobní proces, kterým je možné vytvářet trojrozměrné objekty tak, že se postupně skládá vrstva po vrstvě určitého materiálu a tím se vytvářejí rozličné finální tvary podle CAD předlohy (zatímco u konvenčních způsobů výroby, jako např. obrábění, se odstraňuje nežádoucí materiál z plného průřezu).

Aktuální možnosti v laserovém svařování

Laserové svařování lze v dnešní době považovat za velice moderní technologii. Vysoké svařovací rychlosti, štíhlý svar a z toho plynoucí výhody jsou pozitiva, která umožnila začlenění této metody do progresivních výrobních technologií. Tento článek si klade za cíl představit aktuální možnosti laserových svařovacích technologií.

Autogen, plazma či laser?

Ať ve strojírenském, elektrotechnickém, potravinářském, chemickém či důlním průmyslu, nebo ve stavebnictví, zemědělství a mimo jiné také při výrobě dekoračních předmětů, tam všude nacházejí uplatnění CNC stroje pro termické dělení materiálů.

Revoluce ve svařování laserem

Nejnovější technologie firmy Trumpf BrightLine Weld pro pevnolátkové lasery umožňuje svařování s nízkým rozstřikováním při rychlostech pohybu, které lze v dnešní době dosáhnout pouze pomocí CO2 laserů. BrightLine Weld umožňuje svary s částečným průvarem pro svařence s přenosem síly nebo svary s úplným průvarem pro svařování trubek a profilů. Tato technologie umožňuje výrazné zvýšení produktivity a energetické účinnosti. Vysoce kvalitní svarové švy se projevují vysokou mechanickou pevností vyrobených dílů. Minimalizované rozstřikování snižuje znečištění obrobku, upínacích zařízení a rovněž optiky. Výsledkem je zkrácení prostojů stroje, méně oprav dílů, vysoká životnost pracovní optiky a následkem toho podstatné snížení nákladů.

Průmyslové lasery (5) - Laserové řezání

Řezání je nerozšířenější laserovou technologií. Průmyslové využití laserů se datuje do roku 1965, kdy firma Western Electric Company postavila funkční laserový systém pro vrtání diamantových raznic. V roce 1967 byl pak ve Velké Británii uveden do provozu laserový systém na řezání ocelových plechů s použitím kyslíku jako asistenčního plynu. Záhy poté následovaly systémy pro řezání nekovových materiálů.

Tvoříme historii vodního paprsku

Každá investice do podniká je spojena s velkým očekáváním. Jistou dávku důvěryhodnosti ve správnou investice může dávat také historie firmy i samotné technologie. Technologie řezání vysokotlakým vodním paprskem Flow slaví v tomto roce již 50 let, resp. 40 let v případě abrazivního vodního paprsku.

Vplyv ochrannej atmosféry pri zváraní hliníkových zliatin

Ľahké neželezné kovy ako hliník, horčík, titán a ich zliatiny, ktoré sú používané najmä v automobilovom, leteckom a kozmickom priemysle, musia spĺňať vysoké a často protichodné nároky ako je napríklad dostatočná pevnosť pri zachovaní vysokej ťažnosti alebo dobrá korózna odolnosť. Inak povedané, využívajú sa tam, kde ich náhrada dostupnejšími materiálmi nie je možná. Na zváranie materiálov z ľahkých neželezných kovov je potrebné použiť takú technológiu zvárania, ktorá bude ich vlastnosti degradovať čo najmenej. Celý rad štúdií a doterajších praktických skúseností ukazujú, že väčšina problémov vznikajúcich pri konvenčnom zváraní oblúkovými metódami môže byť potlačená použitím laserového lúča.

O úspěchu v průmyslovém lepení rozhodují zkušenosti

Málokterý obor ve strojírenských technologiích je závislý na tolika okolnostech, jako je tomu v průmyslovém lepení. Je to dáno množstvím vlivů, které ovlivňují konečný výsledek. Od samotného lepidla, vhodně zvoleného typu a konkrétních vlastností přes způsob aplikace lepidla, rychlost nanášení, čas na nanesení a ztuhnutí lepidla, přesnost nanášení, čistotu, bezpečnost a ekologii až po cenu. Pohybujeme se v rozsahu od jednoduchého lepení krabic housenkou lepidla nanášenou ruční pistolí až po automatické linky s množstvím servopohonů a čidel, příp. s robotem v ceně několika milionů korun.

Největší předváděcí centrum laserů a CNC strojů

Časům nakupování průmyslových strojů naslepo, bez osobního vyzkoušení a podrobné znalosti strojů, provozních nákladů a potřeb, již „odzvonilo“.

Nové úkoly v technologii vodních paprsků

Jednou za dva roky pořádá Oddělení desintegrace materiálů Ústavu geoniky Akademie věd ČR konferenci o technologii vysokorychlostních vodních paprsků. Letos organizátoři pro své setkání vybrali nádherné a inspirativní prostředí Lednicko-Valtického areálu, zapsaného do seznamu světového a kulturního dědictví UNESCO. V pořadí již pátá konference této série přitáhla pozornost mnoha zahraničních a tuzemských odborníků.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit