Amtron专注半导体激光塑料焊接控制技术

　　

Amtron在刚刚闭幕的SPIE PHOTONICS WEST 2010展出了新一代半导体激光控制器/系统（产品如图1），并受到了高度关注。在这个展台上，有如同字典般大小的半导体激光控制器CM100，它通过外接直流电可以提供高达240A的稳定电流和800A的脉冲电流，电流上升时间只需0。5µ；s。同时展出了半导体激光控制系统LS400，该系统可以提供高达30KW的脉冲功率，提供高达700W的半导体激光输出功率，这个紧凑型的系统加上带温度和功率负反馈的激光头即可实现对塑料、金属等材料的焊接。

　　

 

　　

 

　　

 

　　

图1： Amtron产品

　　

 

　　

Amtron公司位于德国亚琛，于2000年从Fraunhofer（弗劳恩霍夫）激光技术研究所脱离从来成立，一直致力于高品质半导体激光控制器、半导体激光控制系统、温度/功率传感器等产品的开发创新并为客户提供系统的解决方案，特别适合在塑料焊接，医疗，国防，固体激光器泵浦等行业使用。如今，产品已用在弗劳恩霍夫激光技术研究所、法国国家实验室等国际顶尖科研机构。

　　

 

　　

Amtron产品的应用

　　

 

　　

1．用于半导体激光塑料焊接：

　　

塑料焊接三大必要条件：焊接温度、焊接压力、作用时问。为此，对于半导体激光控制器来说，只有提供高质量的激光光束、控制稳定的加工温度，才能焊出均匀性密封性好的产品。Amtron公司针对塑料焊接专门设计出能够精确控制电流、功率的控制器CS400/CM100（如图2），以及带温度和功率负反馈的激光头SE200，很好地解决了焊接温度这个条件。

　　

Amtron LS400控制系统集成了800-1000nm半导体激光器，可以直接用于塑料的焊接，也可以采用CS400控制器搭配光纤半导体激光器、焊接工艺平台（或机器人）一起组成塑料焊接机。如今，激光焊接能够焊接具有复杂外形、甚至是三维几何形状的制品，实现快速高致密性连接，比如在汽车生产中，通过三维塑料激光焊接技术即可以设计出形状各异的汽车车灯，这一方式看起来就像拿着一支圆珠笔在三维物件上写字或画画，激光的能量输出就像彩色的液体流畅地流出，手指轻轻按动就可以改变字体或图画的形态。陈杰伟（海德堡大学）博士这样描述这一成果。

　　

 

　　

 

　　

 

　　

 

　　

图2： CS400/CM100

　　

 

　　

 

　　

2．用于激光医疗：

　　

我们都知道，808nm，980nm，1380nm，1470nm等波长的半导体激光器都可以用于眼、牙、美容、口腔、肿瘤科等医疗，但对于激光医疗仪有两个关键因素：激光器控制和激光光束调整。首先要有好的控制技术，保证可以输出高稳定性激光光束，而且要保证精确的激光作用时间，也即控制器对输入电流波形的控制；其次是对激光功率的调整，任何激光器输出功率都会随着使用时间等因素而出现不同程度的的漂移，所以定时检测调整激光功率显得尤为重要，这也是对治疗病人最大的负责。

　　

 

　　

3．用于固体激光器泵浦：

　　

半导体泵浦固体激光器由于其具有转化效率高、性能可靠、寿命长、输出光束质量好等优点，在近几年得到了快速的发展。Amtron公司推出的控制器CS400/CM100集成808，880，938， 976nm等半导体激光器作为固体激光器的泵浦源，可以获得非常高的光谱稳定性 <；±；2nm，以及大于40%的电光效率；当准脉冲宽度为200 &mu；s时，可以获得大于10%的光光转换效率。

　　

 

　　

Amtron控制器的优势：

　　

① 提供多种电流模式(CW、QCW、脉冲等)，其中CW电流高达240A，脉冲电流高达800A；

　　

② 提供高达30KW的脉冲功率，提供高达700W的激光输出功率；

　　

③ 光纤状况实时监控，加工点温度、功率负反馈控制；

　　

④ 数字和模拟两种控制；

　　

⑤ 无需电脑，自动存储检测数据；

　　

⑥ 提供RS232， CAN Bus， PLC， SPI，Cooler，interlock等接口；

　　

⑦ 安全保护等等。

　　

 

　　

Amtron温度、功率负反馈：

　　

Amtron设计的激光头SE200（如图3）包括温度、功率传感器、电子元件和光学元件等。它的核心是激光头接口，连接Amtron控制器单元、传感器元件、激光头元件和调光器，所有元件只需通过单一电缆，即可实现监控、调节、电源提供和过程管理等功能。

　　

在实际应用中，激光头可以采用固定式和手持式使用，即时监测、调节加工点温度和激光输出功率，并自动存储检测数据。

　　

 

　　

 

　　

图3： 激光头

　　

 

　　

激光头除了传感元件，里面的光学元件也起到了重要的作用，下表为激光头的具体光学参数：

　　

 

　　

Fiber connectors

　　

SMA 905，LD80

　　

Focal lengths [mm]

　　

60

　　

80

　　

100

　　

120

　　

200

　　

Working distance [mm] ±； 2 mm

　　

37

　　

58

　　

78

　　

98

　　

180

　　

Spot size [&mu；m] against fiber core diameter with NA=0。22 (FWHM)

　　

200 &mu；m fiber (Spot size ±； 20 mm)

　　

350

　　

460

　　

570

　　

700

　　

1150

　　

400 &mu；m fiber (Spot size ±； 50 mm)

　　

700

　　

1000

　　

1200

　　

1400

　　

2300

　　

600 &mu；m fiber (Spot size ±； 70 mm)

　　

1030

　　

1400

　　

1750

　　

2100

　　

3600

　　

 

　　

随着激光加工行业的快速发展，作为半导体激光器的应用也得到了较快的发展。能够提供更高更精确电流、功率的半导体激光控制器/系统，提供更紧凑轻巧的结构的控制器将会得到更多的青睐。（作者：张观凤）