eng
COHERENT – одна из старейших в мире лазерных компаний. Она возникла в 1966 году, через 5 лет после изобретения лазера. Долгие годы фирма занималась разработкой и изготовлением лазеров и оборудования только для научных исследований и для медицины. Но приблизительно с 2000 года в компании стали уделять больше внимания промышленному использованию лазеров в разных индустриальных задачах для обработки материалов.
Теги: build-up welding cutting fiber lasers nano- and femtosecond lasers волоконные лазеры нано- и фемтосекундные лазеры наплавка резка со2-lasers со2-лазеры
Во всем мире мы наблюдаем сдвиг производства лазеров из области приборов для научных исследований в область индустриальных применений. Но индустрии нужен не единичный продукт, ей необходимо массовое производство. Поэтому современная стратегия компании COHERENT изменилась, – мы переходим на массовый выпуск промышленных лазеров. Теперь в структуре продаж компании лазеры для научных исследований занимают 20%, а 80% продаж – это коммерческие лазеры для использования в промышленности.
Другая сторона нашей новой стратегии – превратить лазер из сложного физического прибора в очень простой стандартный рабочий инструмент. Если научное лазерное оборудование стоит в лаборатории, то, как правило, надо регулярно протирать оптику и подстраивать резонатор. При этом ученый понимает, как работает лазер, как надо его юстировать, задавая оптимальные параметры. Промышленный же лазер должен работать как лампочка: воткнул в розетку, нажал кнопку, – и получил инструмент с известными паспортными характеристиками. Лазер должен стать простым, как черный ящик.
Это станет большим технологическим скачком. Скачком от прибора, требующего обслуживания и юстировки, до инструмента, не требующего вообще никакого обслуживания. То есть любой специалист, будь он биолог или рабочий, занимающийся резкой металла или сваркой, не зная, что такое лазер, может включить лазер и приступить к своей работе. Поэтому руководство COHERENT приняло решение анонсировать новую стратегию компании – переход на выпуск промышленных лазеров.
Широкий спектр промышленных лазеров охватывает разные типы индустриальных лазерных систем: от излучателей с короткими импульсами (наносекунды – фемтосекунды) до непрерывных, от СО2-лазеров для резки до 3 кВт волоконных этербиевых лазеров для наплавки. Новые лазеры для научных исследований разработаны с учетом развития биотехнологий.
Для индустрии микроэлектроники предназначен ультрафиолетовый волоконный импульсный лазер Dytona – HE 355. Его энергетические и временные характеристики обеспечивают сверление очень маленьких отверстий и точное прецизионное травление кремниевых структур, а также скрайбирование полупроводниковых пластин в LED-производстве. Он имеет длину волны 355 нм. В Dytona – HE 355 предусмотрена возможность варьировать длительности импульса от 1 до 20 наносекунд с частотой повторения от десятков килогерц до 1МГц, что позволяет соответственно получать разную энергию в импульсе. Пиковая мощность варьируется от 5 до 45 кВт в зависимости от длительности импульса. Другой промышленный лазер – пикосекундный Гиперрапид-50 мощностью 50 Вт на длине волны 1,64 мкм, длительностью импульса менее 15 пикосекунд с частотой повторения импульсов от 400 до 1000 кГц. Он обладает отличным качеством пучка ( М2 ≤ 1,4 ). Его короткие импульсы обеспечивают обработку хрупких материалов. Лазер удаляет материал без термического повреждения поверхности и обеспечивает хорошее качество реза. Поэтому он уже успешно зарекомендовал себя в микроэлектронике для сверления отверстий и для скрайбирования.
Фемтосекундный оптический параметрический усилитель серии OperA Solo излучает в широком диапазоне от глубокого УФ – 190 нм до дальнего ИК-диапазона – 20 мкм. Теоретически большая ширина спектра – шире 250 нм – позволяет сжать излучение в очень мощный короткий импульс. Компрессор, встроенный в лазер, и внешний компенсатор групповой скорости позволяют сжать импульс до 10 фс. Тот же лазер, но без компенсатора дает более длительный импульс – 45 фс. Известно, что для излучения коротких импульсов важно обеспечить стабилизацию фазовой скорости с групповой скоростью. COHERENT выпускает систему для стабилизации фаз – Vitara СЕР (Carier envelop phase stabilization). Такая система позволяет формировать атосекундные импульсы (лазер Vitara-T), длительность которых сопоставима с периодом вращения электрона вокруг ядра. Дальнейшее уменьшение длительности импульса ограничено наступлением естественного предела временного разрешения. Лазеры востребованы в спектроскопии и научных исследованиях. Это пример того, как коммерческий лазер одновременно является лазером для научных исследований.
Другой лазерный продукт COHERENT для спектроскопических измерений – непрерывные лазеры с очень узким спектром генерации излучения серии OPSL – Genethis. В них реализована технология "полупроводник с оптической накачкой" (OPSL). COHERENT запатентовал свою технологию, и пока только он единственный обладает правом выпуска таких излучателей. Одночастотный непрерывный лазер с одной продольной модой Genethis, благодаря очень узкому спектру излучения, имеет большую, более 150 м, длину когерентности. Подбирая полупроводники с разной шириной запрещенной зоны, вы можете выбрать излучатель любого цвета, разной длины волны. Лазеры Genethis CX используют для накачки Ti-сапфирового лазера, остальные лазеры Genethis с узкой полосой излучения предназначены для спектроскопии, спектрометрии, голографии. Для разных технологических задач предназначен миниатюрный УФ-лазер на длине волны 465 нм, выполненный по OPSL-технологии, Он используется в литографии, сенситометрии, анимометрии, проточной цитометрии, дерматологии. Мы гарантируем их рабочий срок службы – более 10 тыс. ч наработки.
Для очень тонких физических экспериментов разработан уникальный лазер Mephisto, специально для обнаружения гравитационных волн. Интерферометр, помещенный в подземный туннель, имеет многокилометровые плечи. С его помощью ученые попытаются зафиксировать гравитационные волны по изменению метрики пространства, которое отразится в изменении интерференционной картины. События, которые могут привести к подобному эффекту, редки. Это, например, взрыв сверхновой звезды. Интерферометр для такой задачи обнаружения имеет плечи многокилометровой длины. Поэтому лазер, используемый в подобных интерферометрических измерениях, должен обладать высокой степенью когерентности. У Mephisto очень узкая ширина линии излучения, соответственно – очень большая длина когерентности, несколько десятков километров. Это уникальная научная задача.
В соответствии с современной тенденцией использования диодных лазеров COHERENT представил диодные лазеры, выполненные по двум разным технологиям: полупроводниковые лазеры с оптической накачкой (OPCL) и диодные лазеры, выполненные по стандартной технологии. Таким образом, излучение выпускаемых COHERENT диодных лазеров перекрывает весь спектр от 375 до 980 нм. Они пользуются широким спросом у изготовителей спектрального оборудования для биологических и экологических исследований, имеют невысокую цену – около 1000 долларов США. Более удобен для конфокальной флуоресцирующей микроскопии лазер OBIS. Его конструкция – это комбайн, который состоит из нескольких диодных лазеров. Излучение от каждого лазера по отдельному волокну заводится в одно общее выходное волокно. Конечно, для того, чтобы завести излучение в волокно, надо сформировать луч высокого качества. У наших диодных лазеров высокое качество луча ( М2 = 1,1 ). Когда исследователю надо быстро сменить длину волны зондирующего излучения, он с помощью блока питания переключает лазеры, легко заменяя один лазер другим. Но стоимость такого лазерного комбайна гораздо выше.
COHERENT выпускает комплектующие элементы: диодные лазеры для накачки и оптические расширители пучка для создания равномерной засветки лазерных кристаллов. Известно, что излучение от диодных лазеров обладает неравномерностью. Среди продукции – диодные линейки, излучающие горизонтально (780 нм – 1 мкм), вертикально излучающие сборки диодных линеек. Лазерные диоды, излучающие с одной площадки (780–980 нм), дают пучок мощностью от 5 Вт и выше в зависимости от ширины эмиттера (100, 150 и 200 мкм), а линейки из 19 элементов дают мощность до 200 Вт от одной линейки. Диодные сборки с 16 линейками излучают с мощность от 100 Вт до 50 кВт.
Благодаря высокой мощности, развиваемой диодной линейкой, и прямоугольной форме сечения пучка (4 см на несколько миллиметров), ее начали использовать для местной закалки или наплавки металла. Например, на металлургическом комбинате вал прокатного стана работает не больше недели, а далее из-за постоянной работы при температурах 400–1000°С он изнашивается. На поверхности вала быстро проявляются дефекты, и вал начинает работать с проскальзыванием. Тогда его надо плавно восстанавливать, однако размеры вала (до 1 метра в диаметре и до 5 метров в длину), не позволяют поместить его ни в какую печь. На каждом металлургическом комбинате есть цех ремонта прокатного оборудования (ЦРПО), где наплавляют и упрочняют валы. Сейчас для упрочнения и закалки валов используют проволоку. COHERENT предложил свою технологию локальной наплавки – с помощью порошка, привариваемого к поверхности прокатного вала диодными лазерами. Наплавка с помощью диодных лазеров занимает гораздо меньше времени, и адгезия порошка к поверхности вала значительно выше, чем у проволоки. Благодаря таким качествам восстановленные валы приобретают однородную и гомогенную поверхность.
Для промышленной резки и сверления металлов COHERENT выпускает классический, до 1000 Вт, СО2-лазер. Лазер интегрирован в 2-координатные машины серии МЕТА-BEAM, где движение по третьей, вертикальной, оси автоматически компенсируется изменением фокуса. Для наплавки и упрочнения металла COHERENT выпускает 3-кВт эрбиевый волоконный лазер. Обсуждения на тему, какой лазер лучше – волоконный или СО2-, идут постоянно. У СО2-лазера эффективное соотношение мощности и стоимости, к тому же его пучок имеет хорошее качество с нормальным гауссовым распределением энергии по сечению. Волоконный же лазер имеет пучок иного качества. Но разные материалы требуют для своей обработки излучение разной длины волны кому-то надо 10,6 мкм, а кому-то 1,06 мкм. У каждого лазера свои задачи. Для современных индустриальных технологий COHERENT предлагает эксимерный лазер на смеси галогена и инертного газа. Лазер используется для отжига жидкокристаллических панелей, CD-матриц, для превращения поликристаллического кремния в аморфный кремний при изготовлении солнечных батарей.
Так что сегодня клиенты COHERENT работают по всему миру в разных областях промышленности и науки. Мы заинтересованы в фирмах-партнерах, которые интегрируют наши лазеры в свои устройства (OEM – original equipment manufacturing). Российский рынок для нас труден, так как в России много своих изготовителей СО2- и YAG-лазеров, которые безусловно дешевле нашей продукции и пока наши лазеры для российского лазерного рынка дороги. Но, как только срок службы и параметры российских промышленных лазеров достигнут такого же высокого уровня, то их стоимость станет сопоставима с нашими ценами. Таким образом, мы надеемся начать с ними конкурировать. ▪
We now observe a world trend in the laser industry to begin producing of more industrial tools instead of scientific research instruments. But any industry implies quantity production rather than production of single products. For that reason, COHERENT’s strategy has changed. We now launch quantity production of lasers for industrial applications. At present, commercial lasers for industrial applications account for 80% of our sales, while scientific research lasers account for only 20%.
Another line of our new strategy is turning lasers into very simple work tools. If a laser is used in a research laboratory, it requires regular maintenance, cleaning of its optics and resonator alingment. Scientists understand how a laser operates, how it should be aligned to get optimal parameters. An industrial laser is a different case, it must work as a light bulb. One plugs it in, pushes a button and has got a tool with the specified parameters.
That is a technological step forward. A step from the device which requires maintenance and alignment to an instrument which requires no maintenance at all. That is a "hands free operation". Such laser must be simple like a black box. Otherwise to say, any people knowing nothing about lasers, they can be biologists or a metal cutters or welders, could turn it on and begin their job.
At the exhibition, COHERENT showed its lasers for commercial use and lasers for scientific research. Exposition reflects its new strategy. It includes a wide range of industrial lasers of different types, such as short-pulse nano- and femtosecond lasers, CW lasers, СО2-lasers intended for materials cutting and 3kWt ytterbium fiber lasers for build-up welding. Our new lasers intended for scientific research have been developed in line with the latest advances in biotechnology.
A UV fiber pulsed laser Dytona – HE 355, has been developed for the microelectronic industry. Its power and time characteristics allow to drill very small holes and perform precision, silicon etching and semiconductor wafer scribing in LED production. Dytona – HE 355 is lasing at a wavelength 355nm and the laser has a variable pulse duration from 1 to 20 nanoseconds and repetition-rate from tens of kHz till 1MHz. This makes possible to produce different pulse energy from 5 till 45 kWt. Next industrial laser is Hyperrapid 50 – 15-picosecond 50Wt laser at a wavelength of 1.064 mkm, a pulse rep. rate from 400 till 1000 kHz. An excellent beam quality (M2 ≤ 1.4). Hyperrapid 50’s short pulse makes it possible for this laser to process fragile materials. Since Hyperrapid 50 processes materials without its thermal damage and ensures good cutting quality, it has proved itself in hole drilling and scribing in the microelectronic industry.
The OperA Solo is a femtosecond optical parametric amplifier. It emits a wide spectrum from 190 nm till far infrared. They are much in demand for the spectroscopy and other scientific research purposes. Theoretically, its significant spectrum width, greater than 250 nm, makes it possible to produce a powerful, short pulse. A built-in compressor and an external group velocity compensator help to compress the pulse till 10 fs. Without a compensator, the laser produces a longer pulse, 45 fs. To produce a short pulse, it is necessary to assure stabilization of phase and group velocity. So, COHERENT now produces the Vitara-S CEP (carrier phase envelop stabilization) system. The system allows to produce atosecond pulse (Vitara-T laser) whose duration is comparable to the period of electron rotation around the nucleus. Further reduction of the pulse duration is limited by the natural time resolution. So, a commercial laser is also a laser for scientific research.
Another COHERENT’s product intended for scientific research is Genethis, a continuous, narrow spectrum width laser of the OPSL series. COHERENT’s products employ the optically pumped semiconductor technology (OPSL) which works the following way: a diode laser lights a semiconductor, and the semiconductor radiates. Since COHERENT has patented that technology, it is the only company that has the right to produce such emitters. Owing to its very narrow emission spectrum, the Genethis single-frequency, continuous laser has a long coherence distance, which is longer than 150 meters. Through selecting semiconductors with different forbidden band zone widths, one can chose an emitter of any color and of different wavelengths. The Genethis CX lasers are used for Ti-sapphire laser pumping, other narrow-emission-band Genethis lasers are intended for the spectroscopy, spectrography and holography purposes. A tiny UV laser with the 465-nm wavelength is intended for various applications. It employs the OPSL technology and is used in areas such as lithography, sensitometry, anemometry, flow cytometry and dermatology. We guarantee that their working life is no shorter than ten thousand hours.
Another laser, Mephisto, is intended for very delicate physical experiments. It has been designed specially for the purpose of gravity waves detection. An interferometer is placed in an underground tunnel, and it has arms of many kilometers. Scientists use it to register gravity waves by changes in the space metric, which are reflected in changes in the interference pattern. The events that produce such an effect are rare. It may be a supernova star explosion, for instance. An interferometer for such detection has kilometres-long arms. For this reason, the laser used in such interferometric measurements must have a high degree of coherence. Mephisto has a very narrow laser emission line and, accordingly, a long coherence distance of tens of kilometers. It’s a unique scientific task.
At the exhibition, COHERENT presented its diode lasers employing two different technologies: They are optically pumped semiconductor lasers (OPCL) and diode lasers employing conventional technology. Thus, the diode lasers produced by COHERENT cover the entire spectrum from 375 nm to 980 nm. They are very much in demand among makers of spectral equipment for biological and environmental research and are inexpensive (1000 US dollars). A laser more convenient for confocal, fluorescence microscopy is OBIS. It has been designed as a laser combine consisting of several diode lasers. Through a separate optical fiber, each laser’s emission is brought into a common, output fiber. Of course, to put light into a fiber, a high-quality beam must first be produced. Our diode lasers are characterized by high-quality beams (M2 =1.1). When the researcher needs to quick change the probe radiation wavelength, he can switch lasers on and off the power supply unit and thus easily replace one laser by another. But the cost of that laser combine is higher.
COHERENT is also producing laser components, including pumping diode lasers and optical beam expanders for even illumination of laser crystals. Other products include horizontally emitting diode bars (780 nm – 1 micrometer) and vertically emitting diode bar assemblies. Monodiodes which emit from one element (780–980 nm) produce a 5-Wt beam or a stronger one, depending on the emitter width (100,150 and 200 micrometers), while bars consisting of 19 elements produce 200Wt beams. Diode assemblies consisting of 16 bars can produce 100-Wt to 50-kWt emission.
Owing to the high power of the diode bar and rectangular beam shape (4 cm x several millimeters), it began to be used for local hardening and build-up metal welding. At steel plants, for instance, the rolling mill roll can work for only a week. Due to permanent operation at temperatures of 400–1000°С, it then wear down. Its surface quickly becomes defective, and it begins to slip. Such roll needs restoration, but its size (one meter in diameter and five meters in length) makes it impossible to place it in any furnace. To build up and harden rolls, there is a rolling-mill machinery repair shop at every steel plant. Today, metal wire is used for the purpose. COHERENT proposed a new local build-up welding technology. It employs powder welded to the forming roll with diode lasers. This method is faster, and the powder’s adhesion to the roll surface is higher than the wire’s adhesion. Due to that, the restored rolls acquire a smooth, homogeneous surface.
A classic СО2 laser with a power of up to 1000 Wt presented by COHERENT at the exhibition is intended for industrial metal cutting and drilling. It is integrated into 2D machines of the МЕТА-BEAM series whose movement along the third, vertical axis is automatically compensated by focus adjustment. For the purpose of metal build-up welding and hardening, COHERENT now produces a 3-kWt, erbium, optical-fiber laser. Discussions of what laser, a fiber optic one or a СО2 laser, is better take place constantly. The СО2 laser has a good power-to-cost ratio, and its beam has a good quality and normal energy distribution. The optical fiber laser has a beam of a different quality. But treatment of different materials requires different laser wavelengths, some material require 10.6-micrometer wavelengths, others require 1.06 micrometers. And each laser has its own tasks to perform. COHERENT is also producing an excimer, halogen-inert gas laser intended for industrial applications. It is used for LCD panel and CD-matrix annealing, and for polycrystalline silicon transformation into amorphous silicon in the course of solar battery production.
So, COHERENT’s clients work in different areas of science and industries all over the world. We seek partners who will integrate our lasers in their products as OEM (original equipment manufacturer) devices. The Russian laser market is not easy to approach. There are many СО2- and YAG-laser manufacturers in Russia. Of course, their lasers are less expensive than ours. But when Russian industrial lasers’ service life and parameters reach those of our lasers, their cost will increase. We hope that we begin to compete then. ▪
Другая сторона нашей новой стратегии – превратить лазер из сложного физического прибора в очень простой стандартный рабочий инструмент. Если научное лазерное оборудование стоит в лаборатории, то, как правило, надо регулярно протирать оптику и подстраивать резонатор. При этом ученый понимает, как работает лазер, как надо его юстировать, задавая оптимальные параметры. Промышленный же лазер должен работать как лампочка: воткнул в розетку, нажал кнопку, – и получил инструмент с известными паспортными характеристиками. Лазер должен стать простым, как черный ящик.
Это станет большим технологическим скачком. Скачком от прибора, требующего обслуживания и юстировки, до инструмента, не требующего вообще никакого обслуживания. То есть любой специалист, будь он биолог или рабочий, занимающийся резкой металла или сваркой, не зная, что такое лазер, может включить лазер и приступить к своей работе. Поэтому руководство COHERENT приняло решение анонсировать новую стратегию компании – переход на выпуск промышленных лазеров.
Широкий спектр промышленных лазеров охватывает разные типы индустриальных лазерных систем: от излучателей с короткими импульсами (наносекунды – фемтосекунды) до непрерывных, от СО2-лазеров для резки до 3 кВт волоконных этербиевых лазеров для наплавки. Новые лазеры для научных исследований разработаны с учетом развития биотехнологий.
Для индустрии микроэлектроники предназначен ультрафиолетовый волоконный импульсный лазер Dytona – HE 355. Его энергетические и временные характеристики обеспечивают сверление очень маленьких отверстий и точное прецизионное травление кремниевых структур, а также скрайбирование полупроводниковых пластин в LED-производстве. Он имеет длину волны 355 нм. В Dytona – HE 355 предусмотрена возможность варьировать длительности импульса от 1 до 20 наносекунд с частотой повторения от десятков килогерц до 1МГц, что позволяет соответственно получать разную энергию в импульсе. Пиковая мощность варьируется от 5 до 45 кВт в зависимости от длительности импульса. Другой промышленный лазер – пикосекундный Гиперрапид-50 мощностью 50 Вт на длине волны 1,64 мкм, длительностью импульса менее 15 пикосекунд с частотой повторения импульсов от 400 до 1000 кГц. Он обладает отличным качеством пучка ( М2 ≤ 1,4 ). Его короткие импульсы обеспечивают обработку хрупких материалов. Лазер удаляет материал без термического повреждения поверхности и обеспечивает хорошее качество реза. Поэтому он уже успешно зарекомендовал себя в микроэлектронике для сверления отверстий и для скрайбирования.
Фемтосекундный оптический параметрический усилитель серии OperA Solo излучает в широком диапазоне от глубокого УФ – 190 нм до дальнего ИК-диапазона – 20 мкм. Теоретически большая ширина спектра – шире 250 нм – позволяет сжать излучение в очень мощный короткий импульс. Компрессор, встроенный в лазер, и внешний компенсатор групповой скорости позволяют сжать импульс до 10 фс. Тот же лазер, но без компенсатора дает более длительный импульс – 45 фс. Известно, что для излучения коротких импульсов важно обеспечить стабилизацию фазовой скорости с групповой скоростью. COHERENT выпускает систему для стабилизации фаз – Vitara СЕР (Carier envelop phase stabilization). Такая система позволяет формировать атосекундные импульсы (лазер Vitara-T), длительность которых сопоставима с периодом вращения электрона вокруг ядра. Дальнейшее уменьшение длительности импульса ограничено наступлением естественного предела временного разрешения. Лазеры востребованы в спектроскопии и научных исследованиях. Это пример того, как коммерческий лазер одновременно является лазером для научных исследований.
Другой лазерный продукт COHERENT для спектроскопических измерений – непрерывные лазеры с очень узким спектром генерации излучения серии OPSL – Genethis. В них реализована технология "полупроводник с оптической накачкой" (OPSL). COHERENT запатентовал свою технологию, и пока только он единственный обладает правом выпуска таких излучателей. Одночастотный непрерывный лазер с одной продольной модой Genethis, благодаря очень узкому спектру излучения, имеет большую, более 150 м, длину когерентности. Подбирая полупроводники с разной шириной запрещенной зоны, вы можете выбрать излучатель любого цвета, разной длины волны. Лазеры Genethis CX используют для накачки Ti-сапфирового лазера, остальные лазеры Genethis с узкой полосой излучения предназначены для спектроскопии, спектрометрии, голографии. Для разных технологических задач предназначен миниатюрный УФ-лазер на длине волны 465 нм, выполненный по OPSL-технологии, Он используется в литографии, сенситометрии, анимометрии, проточной цитометрии, дерматологии. Мы гарантируем их рабочий срок службы – более 10 тыс. ч наработки.
Для очень тонких физических экспериментов разработан уникальный лазер Mephisto, специально для обнаружения гравитационных волн. Интерферометр, помещенный в подземный туннель, имеет многокилометровые плечи. С его помощью ученые попытаются зафиксировать гравитационные волны по изменению метрики пространства, которое отразится в изменении интерференционной картины. События, которые могут привести к подобному эффекту, редки. Это, например, взрыв сверхновой звезды. Интерферометр для такой задачи обнаружения имеет плечи многокилометровой длины. Поэтому лазер, используемый в подобных интерферометрических измерениях, должен обладать высокой степенью когерентности. У Mephisto очень узкая ширина линии излучения, соответственно – очень большая длина когерентности, несколько десятков километров. Это уникальная научная задача.
В соответствии с современной тенденцией использования диодных лазеров COHERENT представил диодные лазеры, выполненные по двум разным технологиям: полупроводниковые лазеры с оптической накачкой (OPCL) и диодные лазеры, выполненные по стандартной технологии. Таким образом, излучение выпускаемых COHERENT диодных лазеров перекрывает весь спектр от 375 до 980 нм. Они пользуются широким спросом у изготовителей спектрального оборудования для биологических и экологических исследований, имеют невысокую цену – около 1000 долларов США. Более удобен для конфокальной флуоресцирующей микроскопии лазер OBIS. Его конструкция – это комбайн, который состоит из нескольких диодных лазеров. Излучение от каждого лазера по отдельному волокну заводится в одно общее выходное волокно. Конечно, для того, чтобы завести излучение в волокно, надо сформировать луч высокого качества. У наших диодных лазеров высокое качество луча ( М2 = 1,1 ). Когда исследователю надо быстро сменить длину волны зондирующего излучения, он с помощью блока питания переключает лазеры, легко заменяя один лазер другим. Но стоимость такого лазерного комбайна гораздо выше.
COHERENT выпускает комплектующие элементы: диодные лазеры для накачки и оптические расширители пучка для создания равномерной засветки лазерных кристаллов. Известно, что излучение от диодных лазеров обладает неравномерностью. Среди продукции – диодные линейки, излучающие горизонтально (780 нм – 1 мкм), вертикально излучающие сборки диодных линеек. Лазерные диоды, излучающие с одной площадки (780–980 нм), дают пучок мощностью от 5 Вт и выше в зависимости от ширины эмиттера (100, 150 и 200 мкм), а линейки из 19 элементов дают мощность до 200 Вт от одной линейки. Диодные сборки с 16 линейками излучают с мощность от 100 Вт до 50 кВт.
Благодаря высокой мощности, развиваемой диодной линейкой, и прямоугольной форме сечения пучка (4 см на несколько миллиметров), ее начали использовать для местной закалки или наплавки металла. Например, на металлургическом комбинате вал прокатного стана работает не больше недели, а далее из-за постоянной работы при температурах 400–1000°С он изнашивается. На поверхности вала быстро проявляются дефекты, и вал начинает работать с проскальзыванием. Тогда его надо плавно восстанавливать, однако размеры вала (до 1 метра в диаметре и до 5 метров в длину), не позволяют поместить его ни в какую печь. На каждом металлургическом комбинате есть цех ремонта прокатного оборудования (ЦРПО), где наплавляют и упрочняют валы. Сейчас для упрочнения и закалки валов используют проволоку. COHERENT предложил свою технологию локальной наплавки – с помощью порошка, привариваемого к поверхности прокатного вала диодными лазерами. Наплавка с помощью диодных лазеров занимает гораздо меньше времени, и адгезия порошка к поверхности вала значительно выше, чем у проволоки. Благодаря таким качествам восстановленные валы приобретают однородную и гомогенную поверхность.
Для промышленной резки и сверления металлов COHERENT выпускает классический, до 1000 Вт, СО2-лазер. Лазер интегрирован в 2-координатные машины серии МЕТА-BEAM, где движение по третьей, вертикальной, оси автоматически компенсируется изменением фокуса. Для наплавки и упрочнения металла COHERENT выпускает 3-кВт эрбиевый волоконный лазер. Обсуждения на тему, какой лазер лучше – волоконный или СО2-, идут постоянно. У СО2-лазера эффективное соотношение мощности и стоимости, к тому же его пучок имеет хорошее качество с нормальным гауссовым распределением энергии по сечению. Волоконный же лазер имеет пучок иного качества. Но разные материалы требуют для своей обработки излучение разной длины волны кому-то надо 10,6 мкм, а кому-то 1,06 мкм. У каждого лазера свои задачи. Для современных индустриальных технологий COHERENT предлагает эксимерный лазер на смеси галогена и инертного газа. Лазер используется для отжига жидкокристаллических панелей, CD-матриц, для превращения поликристаллического кремния в аморфный кремний при изготовлении солнечных батарей.
Так что сегодня клиенты COHERENT работают по всему миру в разных областях промышленности и науки. Мы заинтересованы в фирмах-партнерах, которые интегрируют наши лазеры в свои устройства (OEM – original equipment manufacturing). Российский рынок для нас труден, так как в России много своих изготовителей СО2- и YAG-лазеров, которые безусловно дешевле нашей продукции и пока наши лазеры для российского лазерного рынка дороги. Но, как только срок службы и параметры российских промышленных лазеров достигнут такого же высокого уровня, то их стоимость станет сопоставима с нашими ценами. Таким образом, мы надеемся начать с ними конкурировать. ▪
We now observe a world trend in the laser industry to begin producing of more industrial tools instead of scientific research instruments. But any industry implies quantity production rather than production of single products. For that reason, COHERENT’s strategy has changed. We now launch quantity production of lasers for industrial applications. At present, commercial lasers for industrial applications account for 80% of our sales, while scientific research lasers account for only 20%.
Another line of our new strategy is turning lasers into very simple work tools. If a laser is used in a research laboratory, it requires regular maintenance, cleaning of its optics and resonator alingment. Scientists understand how a laser operates, how it should be aligned to get optimal parameters. An industrial laser is a different case, it must work as a light bulb. One plugs it in, pushes a button and has got a tool with the specified parameters.
That is a technological step forward. A step from the device which requires maintenance and alignment to an instrument which requires no maintenance at all. That is a "hands free operation". Such laser must be simple like a black box. Otherwise to say, any people knowing nothing about lasers, they can be biologists or a metal cutters or welders, could turn it on and begin their job.
At the exhibition, COHERENT showed its lasers for commercial use and lasers for scientific research. Exposition reflects its new strategy. It includes a wide range of industrial lasers of different types, such as short-pulse nano- and femtosecond lasers, CW lasers, СО2-lasers intended for materials cutting and 3kWt ytterbium fiber lasers for build-up welding. Our new lasers intended for scientific research have been developed in line with the latest advances in biotechnology.
A UV fiber pulsed laser Dytona – HE 355, has been developed for the microelectronic industry. Its power and time characteristics allow to drill very small holes and perform precision, silicon etching and semiconductor wafer scribing in LED production. Dytona – HE 355 is lasing at a wavelength 355nm and the laser has a variable pulse duration from 1 to 20 nanoseconds and repetition-rate from tens of kHz till 1MHz. This makes possible to produce different pulse energy from 5 till 45 kWt. Next industrial laser is Hyperrapid 50 – 15-picosecond 50Wt laser at a wavelength of 1.064 mkm, a pulse rep. rate from 400 till 1000 kHz. An excellent beam quality (M2 ≤ 1.4). Hyperrapid 50’s short pulse makes it possible for this laser to process fragile materials. Since Hyperrapid 50 processes materials without its thermal damage and ensures good cutting quality, it has proved itself in hole drilling and scribing in the microelectronic industry.
The OperA Solo is a femtosecond optical parametric amplifier. It emits a wide spectrum from 190 nm till far infrared. They are much in demand for the spectroscopy and other scientific research purposes. Theoretically, its significant spectrum width, greater than 250 nm, makes it possible to produce a powerful, short pulse. A built-in compressor and an external group velocity compensator help to compress the pulse till 10 fs. Without a compensator, the laser produces a longer pulse, 45 fs. To produce a short pulse, it is necessary to assure stabilization of phase and group velocity. So, COHERENT now produces the Vitara-S CEP (carrier phase envelop stabilization) system. The system allows to produce atosecond pulse (Vitara-T laser) whose duration is comparable to the period of electron rotation around the nucleus. Further reduction of the pulse duration is limited by the natural time resolution. So, a commercial laser is also a laser for scientific research.
Another COHERENT’s product intended for scientific research is Genethis, a continuous, narrow spectrum width laser of the OPSL series. COHERENT’s products employ the optically pumped semiconductor technology (OPSL) which works the following way: a diode laser lights a semiconductor, and the semiconductor radiates. Since COHERENT has patented that technology, it is the only company that has the right to produce such emitters. Owing to its very narrow emission spectrum, the Genethis single-frequency, continuous laser has a long coherence distance, which is longer than 150 meters. Through selecting semiconductors with different forbidden band zone widths, one can chose an emitter of any color and of different wavelengths. The Genethis CX lasers are used for Ti-sapphire laser pumping, other narrow-emission-band Genethis lasers are intended for the spectroscopy, spectrography and holography purposes. A tiny UV laser with the 465-nm wavelength is intended for various applications. It employs the OPSL technology and is used in areas such as lithography, sensitometry, anemometry, flow cytometry and dermatology. We guarantee that their working life is no shorter than ten thousand hours.
Another laser, Mephisto, is intended for very delicate physical experiments. It has been designed specially for the purpose of gravity waves detection. An interferometer is placed in an underground tunnel, and it has arms of many kilometers. Scientists use it to register gravity waves by changes in the space metric, which are reflected in changes in the interference pattern. The events that produce such an effect are rare. It may be a supernova star explosion, for instance. An interferometer for such detection has kilometres-long arms. For this reason, the laser used in such interferometric measurements must have a high degree of coherence. Mephisto has a very narrow laser emission line and, accordingly, a long coherence distance of tens of kilometers. It’s a unique scientific task.
At the exhibition, COHERENT presented its diode lasers employing two different technologies: They are optically pumped semiconductor lasers (OPCL) and diode lasers employing conventional technology. Thus, the diode lasers produced by COHERENT cover the entire spectrum from 375 nm to 980 nm. They are very much in demand among makers of spectral equipment for biological and environmental research and are inexpensive (1000 US dollars). A laser more convenient for confocal, fluorescence microscopy is OBIS. It has been designed as a laser combine consisting of several diode lasers. Through a separate optical fiber, each laser’s emission is brought into a common, output fiber. Of course, to put light into a fiber, a high-quality beam must first be produced. Our diode lasers are characterized by high-quality beams (M2 =1.1). When the researcher needs to quick change the probe radiation wavelength, he can switch lasers on and off the power supply unit and thus easily replace one laser by another. But the cost of that laser combine is higher.
COHERENT is also producing laser components, including pumping diode lasers and optical beam expanders for even illumination of laser crystals. Other products include horizontally emitting diode bars (780 nm – 1 micrometer) and vertically emitting diode bar assemblies. Monodiodes which emit from one element (780–980 nm) produce a 5-Wt beam or a stronger one, depending on the emitter width (100,150 and 200 micrometers), while bars consisting of 19 elements produce 200Wt beams. Diode assemblies consisting of 16 bars can produce 100-Wt to 50-kWt emission.
Owing to the high power of the diode bar and rectangular beam shape (4 cm x several millimeters), it began to be used for local hardening and build-up metal welding. At steel plants, for instance, the rolling mill roll can work for only a week. Due to permanent operation at temperatures of 400–1000°С, it then wear down. Its surface quickly becomes defective, and it begins to slip. Such roll needs restoration, but its size (one meter in diameter and five meters in length) makes it impossible to place it in any furnace. To build up and harden rolls, there is a rolling-mill machinery repair shop at every steel plant. Today, metal wire is used for the purpose. COHERENT proposed a new local build-up welding technology. It employs powder welded to the forming roll with diode lasers. This method is faster, and the powder’s adhesion to the roll surface is higher than the wire’s adhesion. Due to that, the restored rolls acquire a smooth, homogeneous surface.
A classic СО2 laser with a power of up to 1000 Wt presented by COHERENT at the exhibition is intended for industrial metal cutting and drilling. It is integrated into 2D machines of the МЕТА-BEAM series whose movement along the third, vertical axis is automatically compensated by focus adjustment. For the purpose of metal build-up welding and hardening, COHERENT now produces a 3-kWt, erbium, optical-fiber laser. Discussions of what laser, a fiber optic one or a СО2 laser, is better take place constantly. The СО2 laser has a good power-to-cost ratio, and its beam has a good quality and normal energy distribution. The optical fiber laser has a beam of a different quality. But treatment of different materials requires different laser wavelengths, some material require 10.6-micrometer wavelengths, others require 1.06 micrometers. And each laser has its own tasks to perform. COHERENT is also producing an excimer, halogen-inert gas laser intended for industrial applications. It is used for LCD panel and CD-matrix annealing, and for polycrystalline silicon transformation into amorphous silicon in the course of solar battery production.
So, COHERENT’s clients work in different areas of science and industries all over the world. We seek partners who will integrate our lasers in their products as OEM (original equipment manufacturer) devices. The Russian laser market is not easy to approach. There are many СО2- and YAG-laser manufacturers in Russia. Of course, their lasers are less expensive than ours. But when Russian industrial lasers’ service life and parameters reach those of our lasers, their cost will increase. We hope that we begin to compete then. ▪
Отзывы читателей
