A lézersugár és szerepe a polimer technológiákban

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "A lézersugár és szerepe a polimer technológiákban"

Béla Barta
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 A lézersugár és szerepe a polimer technológiákban Buza Gábor, Rácz Ilona, Janó Viktória, KálaziZoltán

2 13,7 milliárd évvel korábban Az első nap Isten szólt: Legyen világosság és lőn világosság

3 Energia 93 évvel korábban 1917 A. Einstein: a stimulált emisszió elve Abszorpció Spontán emisszió Stimulált emisszió Fölső szint Foton be Foton ki Foton be Foton ki Foton ki Alsó szint E h c

4 50 évvel korábban május 16. Theodore Maiman: felvillant az első lézersugár Lézer médium: szillárdtest (Cr-al ötvözött Al 2 O 3 = rubin) Gerjesztés módja: villanó lámpa Üzemmód: impulzus Hullámhosszúság: 694,3 nm

5 Előzmények 1951 Charles H Townes (Columbia University): első MASER MASER: Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation (szkeptikus kollegák: Means of Acquiring Support for Expensive Research ~drága kutatások szerződéses támogatása) MASER független feltalálása: Joseph Werber (University of Maryland): Alexander Prokhorov, Nyikolaj Basov (Lebegyev L., Moszkva) 1957 Gordon Gould (Columbia University): a lézerek működési elve ( 30 éves szabadalmi haború ) LASER: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 1958 Arthur L Schawlow and Charles H Townes (Columbia University): első cikk optikai MASER működési elvéről (Phys. Rev. 112, 1940, 1958) 1960 szabadalom 1960 Theodore Maiman (Hughes Research Laboratories): első működő rubin lézer (Nature, 187, 493, 1960)

, Moszkva) 1957 Gordon Gould (Columbia University): a lézerek működési elve ( 30 éves szabadalmi haború ) LASER: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 1958 Arthur L Schawlow and

6 Előzmények (110 évvel korábban) június 5-én született Budapesten Gábor Dénes február 9., London 1947 holográfia alapelve Igazolása elektronsugárral; alkalmazás elektronmikroszkópok felbontóképesség javítására kivitelezés lézerekkel: 1963-ban a Michigani Egyetem két elektromérnöke Nobel-díj: 1971

, London 1947 holográfia alapelve Igazolása elektronsugárral; alkalmazás

7 Világpiaci helyzetkép

8 Lézer sugárforrások Mi kell ahhoz, hogy lézersugár keletkezzen? Lézer médium (szilárd, folyékony, gáz, gőz) Gerjesztés = pumpálás (elektromos, elektromágneses) Reznátor (nyitó és zárótükör L=m* /2) Populáció inverzió (több gerjesztett, mint gerjesztetlen részecske) Anyagmegmunkálásra szolgáló leggyakoribb lézer sugárforrások: CO 2 Nd:YAG Szállézer Dióda Excimer Példa a sugárforrások sokféleségére CO 2 sugárforrás lehet: Egyenáramú gerjesztésű Nagyfrekvenciás gerjesztésű Gyors keresztáramú Axiális áramú Diffúziós hűtésű Zárt rezonátorú

Populáció inverzió (több gerjesztett, mint gerjesztetlen részecske) Anyagmegmunkálásra szolgáló leggyakoribb lézer sugárforrások: CO 2

9 Leggyakoribb sugárforrások Általános jellemzői Fiber Laser Nd:YAG CO 2 Disc Hatásfok 30% ~5% ~10% 15% Fényteljesítmény max. > 50kW 6kW > 20kW > 8kW Sugárminőség, mm*mrad < 2.5 ~ 25 ~ 6 ~ 8 Helyigény (4/5kW) < 1 m 2 6 m 2 3 m 2 > 3 m 2 Üzemeltetési költség, $/óra

> 50kW 6kW > 20kW > 8kW Sugárminőség, mm*mrad < 2.

10 Sugárminőség jellemzése Sugárparaméter-szorzat mm*mrad 2 0 r0 M / M 2 k 1/ M 0 2 r 0 /

11 Energia-eloszlás a nyalábon belül TEM (Transversal Elektromagnetic Mode) Derékszögű koordinátarendszerben: TEM mn Polár koordinátarendszerben: TEM pl Az indexek számértéke = az adott irányban lévő minimumok száma a végtelenben lévőtől eltekintve

mn Polár koordinátarendszerben: TEM pl Az indexek számértéke

12 Valós energiaeloszlások; eltérés az ideális esetektől M 2 = 1 M 2 = 1,7 M 2 = 1,7 50%TEM %TEM 100% TEM 00 30%TEM 01* %TEM 20%TEM 01* 01

13 2r 2 M z - z 0 r(z) r r0 2 Z F F L z 0 z z F

14 Valódi sugárminőség csak méréssel határozható meg!

15 Szemelvények a polimerek lézersugaras hegesztéséből Leggyakoribb elv: Leggyakoribb megoldások

16 Áteresztés [%] BAYZOLTÁN Alkalmazott Kutatási Közalapítvány 80 Adalékanyagok (1%) hatása a PP fényelnyelésére C P1 Ca Ta Z2 P2 K2 S2 Na Z1 K1 S nm 10,6 m Na: - C: korom Ca: kréta Ta: Talkum S1: term. sárga P1: term. piros K1: term. kék Z1: term. zöld S2: szintet. sárga P2: szintet. piros K2: szintet. kék Z2: szintet. zöld

1064 nm 10,6 m Na: - C: korom Ca: kréta Ta: Talkum S1: term. sárga P1: term.

Szakadási erő, N Erő [N] BAYZOLTÁN Alkalmazott Kutatási Közalapítvány Hegesztési varratok szilárdsága az alkalmazott felületi energiasűrűség függvényében 900 800 700 600 500 400 300 200

17 Szakadási erő, N Erő [N] BAYZOLTÁN Alkalmazott Kutatási Közalapítvány Hegesztési varratok szilárdsága az alkalmazott felületi energiasűrűség függvényében Felületi energiasűrűség [W/cm 2 ] Teljesítménysűrűség, W/cm 2 1 % korommal ill. 1 % S1 színezékkel adalékolt PP átlapoló hegesztése (defókusz: 30 mm)

200 100 0 2000 3000 4000 5000 6000 7000 Felületi energiasűrűség [W/cm 2 ]

18 Sugárvezetési megoldások polimerek lézersugaras hegesztésére Mozgó fókuszáló optikával; F-theta lencsével; Dinamikus fókuszú szkennerrel Speciális, munkadarabhoz illesztett tükrös fókuszáló optika Gyűrű alakú lézernyaláb; Lézerszkennerrel Maszkolással (virtuális vonalfókusz) Fókuszáló golyóval

Speciális, munkadarabhoz illesztett tükrös fókuszáló optika Gyűrű alakú

20 Köszönöm a figyelmüket!

Hasonló dokumentumok

Laser / lézer. Egy kis történelem. Egy kis történelem. Egy kis történelem. 1917 - Albert Einstein: az indukált emisszió elméleti predikciója

Laser / lézer. Egy kis történelem. Egy kis történelem. Egy kis történelem. 1917 - Albert Einstein: az indukált emisszió elméleti predikciója Egy kis történelem 1917 - Albert Einstein: az indukált emisszió elméleti predikciója Laser / lézer 1954 - N.G. Basow, A.M. Prochorow, C. Townes: ammonia maser light amplification by stimulated emission