In-depth interpretation: 500W single-mode continuous green laser

 

1. Material vs Laser Wavelength

 

Since the birth of the first laser in 1960, after more than 60 years of development, laser, as the sharpest and most delicate knife, has been gradually applied in our lives. The combination of laser and biology, medical treatment and diagnosis, and pharmaceutical science has gradually penetrated into daily life in laser treatment, laser surgery, and laser diagnosis. In the field of equipment manufacturing, high-power laser equipment is playing an increasingly important role in cutting, welding, measuring, marking and other links in high-end equipment manufacturing fields such as aviation, aerospace, automobiles, high-speed rail, and ships. In terms of fine micromachining, ultra-short pulse laser has played an irreplaceable role in drilling, scribing, grooving, surface texturing, surface modification, trimming, cleaning and other links in photovoltaic, liquid crystal display, semiconductor, LED, OLED and other fields. effect. With the rapid development of semiconductor pumping technology, near-infrared lasers with a wavelength of 1um have formed a complete industrial chain after years of development, occupying a pivotal position in industrial processing applications. In particular, the 1um near-infrared fiber laser has become the most widely used laser type due to its wide power coverage, excellent beam quality, stability and reliability.

 

Copper is the third most widely used metal in the world after iron and aluminum. Copper material is one of the most widely used metal materials in modern industrial processing. The terminal demand structure of the copper industry chain covers more than 30 sub-sectors such as aerospace, high-speed trains, intelligent terminal products, electronic communications, and automobiles, and is the main indicator of high-end industrial applications. At present, the large-scale use of infrared fiber lasers in the 1-micron wavelength band has disadvantages such as large spatter and uncontrollable penetration depth in the processing of copper materials due to weak absorption of copper.

uv laser | green laser | Ultraviolet lasers | uv dpss laser | nanosecond laser | UV laser source | Solid State Lasers

Figure 1 shows the absorption curves of commonly used metal materials for different wavelengths of laser light. It can be seen that the absorption rates of different metals to laser light vary greatly at different wavelengths. Figure 2 shows the comparison curves of absorbance at different wavelengths for metallic copper alone. At room temperature, the absorption rate of copper to near-infrared wavelengths (about 1 micron) is less than 5%, so the efficiency of processing copper materials with infrared light is extremely low, 95% of the laser will be reflected and the laser itself will be damaged; The absorption rate of copper to green wavelengths (515nm and 532nm) is as high as 40%. The selectivity of the material itself to the laser wavelength determines that the most ideal wavelength for precision machining of high-reflection materials is short wavelength (≤700nm)

 

 

Figure 1 Comparison of absorption coefficients of different metal materials

 

 

Fig. 2 Comparison of the laser absorption rate of metal copper for different three wavelengths

 

Quoted from "New Progress in Green Laser Processing"

 

Compared with the short wavelength of ultraviolet laser, the current bottleneck of materials science cannot support the realization of stable high-power ultraviolet laser output. Ultraviolet lasers exceeding 100 watts are extremely rare. On the contrary, through the efforts of scientists from various countries, commercial green lasers have made great progress in recent years. TRUMPF in Germany and IPG in the United States have obtained ultra-high power green light output of more than 3 kilowatts and 1 kilowatt through disc laser technology and fiber laser technology, respectively.

 

High-power continuous green lasers play an extremely important role in 3D printing and precision welding of copper materials, two important problems in current industrial applications.

 

2. Application prospects and advantages of high-power green light

 

At the 14th China International Battery Technology Exhibition in 2021, TRUMPF launched its 3kW high-power continuous green disc laser. The average output power of this product is as high as 3 kilowatts, which represents the strongest power in the current green laser series, and is very suitable for welding of highly reflective materials such as copper and aluminum. Especially in the lithium battery industry represented by new energy vehicle power batteries, TRUMPF green lasers (1000-3000W) can achieve up to 120 layers of copper foil welding with almost no spatter and precise and controllable penetration depth. In addition, high-power green light also has outstanding advantages in 3D printing applications of pure copper materials. At present, the domestic high-power green laser is still blank.

 

2.1

 

High reflective metal welding

 

Due to the outstanding conductivity of copper materials, copper materials are widely used in the lithium battery industry, especially in the power batteries of new energy vehicles. At present, the mainstream still uses high-power infrared fiber lasers for copper welding. Compared with the infrared band, the welding efficiency of copper with green light will be higher, and there is almost no spatter. The splash is fatal to battery processing, and the splash will affect the production safety, performance and life of the battery.

 

Figure 3 shows the absorption of 1064nm infrared laser by copper. As can be seen from Figure 3, as the melting temperature increases from 0 to 1400K, the absorption of infrared light by copper slowly increases from 5% to about 10%; when copper reaches the melting point (1400K), copper The absorption rate of infrared band laser will increase from 10% to about 17% in steps, and then the absorption rate will increase slowly as the temperature continues to increase. This sudden change in absorption before and after the melting point can cause some of the molten material to escape as a splash, and it can also cause the small holes to collapse, forcing the entire process to start all over again. Especially in the post-process welding of lithium batteries, the yield of welding has a direct impact on the cost of the battery.

 

그림 4는 서로 다른 온도에서 서로 다른 파장(적외선, 녹색 및 청색)에 대한 구리의 흡수 곡선을 나타냅니다. 그림의 녹색 선은 각각 20°C(고체 상태) 및 1600°C(용융 상태)에서 구리에 의한 녹색 빛의 흡수율을 나타냅니다. 실온 20℃에서 구리가 고체 상태일 때 녹색광대 흡수율은 약 40%이며, 온도가 1600℃까지 올라가 구리가 용융 상태일 때 흡수율은 5% 정도 떨어집니다. 즉, 구리가 녹은 후 녹색 빛의 흡수가 약간 감소합니다. 이 기능은 구리를 가공할 때 안정적인 작은 구멍을 얻는 데 도움이 되며 거의 제로 스패터를 달성할 수 있습니다. 이것은 적외선 레이저 용접에 비해 녹색 레이저의 분명한 이점입니다.

 

구리 소재는 우수한 열 전도성과 전기 전도성으로 인해 고급 제조에 널리 사용됩니다. 예를 들어 항공 우주, 고속 열차 및 자동차 산업 분야에서는 순수 구리 소재의 3D 프린팅 기술에 대한 직접적인 응용 수요가 있습니다.

 

 

현재 금속재료의 3D 프린팅을 위한 레이저 광원은 주로 1um 근적외선 싱글모드 파이버 레이저를 사용하고 있다. 1um 근적외선 싱글모드 파이버 레이저는 구리 소재의 흡수계수가 낮고, 온도의 영향이 커서 출력된 샘플의 밀도가 낮고 공정 견고성이 떨어지는 단점이 있다. 녹색 레이저는 반사율이 높은 금속 재료의 3D 프린팅을 위한 최고의 광원으로, 3D 프린팅 순수 구리 재료는 관련 문제를 잘 해결하고 99.95% 이상의 밀도를 달성할 수 있습니다.

 

3. 레이저의 고출력 연속 단일 모드 녹색광

 

RFH Laser Co., Ltd.는 주로 "고급 단파장 파이버 레이저" 및 "레이저 정밀 가공 솔루션"의 R&D, 생산 및 판매에 종사하고 있습니다. 레이저 회사의 계획

 

4. 단파장 고출력 레이저의 첨단 응용에 전념

 

연속 단일 모드 녹색 레이저는 출력 전력 안정성이 우수하고 빔 품질이 우수하며 반사율이 높은 재료, 특히 구리에 대한 흡수율이 높아 순수 구리 재료의 3D 프린팅에 유망합니다. 공간 변조기를 추가하면 고속 변조 주파수의 펄스형 녹색광도 얻을 수 있어 반사율이 높은 재료의 정밀 절단 및 용접에도 유망합니다.

 

연속 단일 모드 녹색 레이저는 여유 공간 출력을 사용하므로 우수한 빔 품질을 보장하는 데 유리합니다. 레이저는 또한 광섬유에 결합된 유연한 전송 방식을 제공할 수 있으며, 이는 자동 제어와 일치하기에 더 편리하며 고반사 재료의 용접 공정에 적용됩니다. 레이저 용접 공정을 장기간 연구한 결과 에너지 분포가 다른 출력 스폿(빔 형성)을 사용하면 더 나은 용접 결과를 얻을 수 있음이 밝혀졌습니다. 또한 레이저 기반 단일 모듈 단일 모드 녹색 레이저는 다중 모듈 공간 또는 광섬유 번들링도 수행할 수 있습니다. 한편으로는 빔 에너지 분포가 유연한 녹색광 출력을 얻을 수 있습니다. 반면에, 수 킬로와트 또는 수만 와트의 연속 섬유 녹색광 출력을 얻을 수 있어 핵심 고품질, 고효율 및 고수율 레이저 용접을 제공합니다. 전원 단파장 광원.

 

지속적인 고출력 녹색 레이저는 구리 재료의 가공 및 적용에 효과적인 솔루션을 제공할 수 있으며 순수 구리 3D 프린팅 및 고반사 금속 정밀 용접에서 빛을 발할 것으로 기대됩니다.