Die Wellenlänge von blauem Licht liegt im 400–500-nm-Band, und eine der wichtigsten Eigenschaften des Lichts in diesem Band ist, dass es leicht von stark antimetallischen Materialien wie Kupfer absorbiert wird. Die Absorptionsrate von blauem Licht durch hochreflektierende Metalle wie Kupfer ist 5-10-mal höher als die von herkömmlichen Infrarotlasern. Diese Eigenschaft, die eine höhere Qualität und Verarbeitungseffizienz für hochreflektierende Metalle ermöglicht, hat zu einem starken Anstieg der Marktnachfrage nach Blaulichtlasern geführt.
Haupttreiber für das Wachstum der Nachfrage nach blauem Licht
Zweifellos kommt die größte treibende Kraft hinter dem Wachstum der Nachfrage nach Blaulicht aus dem Bereich der Herstellung von Lithiumbatterien.
Im Rahmen des allgemeinen Trends zu Energieeinsparung, Umweltschutz und nachhaltiger Entwicklung ersetzen Fahrzeuge mit neuer Energie, hauptsächlich Elektrofahrzeuge, nach und nach Kraftstofffahrzeuge. New-Energy-Fahrzeuge sind bereits jetzt eine unaufhaltsame neue Kraft auf dem Markt. 2023-Daten des Ministeriums für Industrie und Informationstechnologie zu Beginn des Jahres zeigten, dass Chinas New-Energy-Fahrzeuge im Jahr 2022 weiterhin explosionsartig wuchsen und zum achten Mal in Folge die Nummer eins der Welt blieben Jahre, und die Marktdurchdringungsrate erreichte einen neuen Rekordwert. Anfang Juli dieses Jahres ist in Guangzhou das 20-millionste in China produzierte New-Energy-Fahrzeug vom Band gelaufen! Es wird erwartet, dass China das erste Land der Welt sein wird, das die Grenze in die Ära des 10-Millionen-Jahres-Absatzes von Fahrzeugen mit neuer Energie überschreitet.
Anhaltendes Wachstum bei Produktion und Verkauf von Elektrofahrzeugen, angetrieben durch das schnelle Wachstum des Marktes für Lithiumbatterien. Chinas Energiebatterieindustrie ist weiterhin weltweit führend, 70 Prozent der Energiebatterien werden in China hergestellt.
Bei der Herstellung von Lithiumbatterien sind viele Verbindungen am Schweißen von Kupfer, Aluminium und anderen Materialien mit hohem Antimetallgehalt beteiligt, z. B. beim Polschuhschweißen und beim Schweißen von quadratischen Batteriegehäusen. Was am häufigsten bei quadratischen Batterien zum Einsatz kommt, ist die Verwendung von Laserschweißteilen für die meisten Batterietypen. Im Vergleich zu gewöhnlichem Infrarotlicht kann das Blaulichtschweißen keine Spritzer, keine Porosität und eine gleichmäßige Schweißnaht mit guten Schweißergebnissen erzielen, was die Marktnachfrage nach blauem Licht beispiellos macht.
Neben der enormen Antriebskraft industrieller Anwendungen können Blaulichtlaser auch in der medizinischen Behandlung, Unterwassererkennung, Beleuchtung, Anzeige und anderen Bereichen eingesetzt werden, und die in diesen Bereichen festgestellte Nachfrage hat auch die Entwicklung der Blaulichtlasertechnologie vorangetrieben ein gewisses Maß.
Die Kerntechnologie des blauen Lasers
Die Kerntechnologie des Blaulichtlasers ist der Blaulicht-Einzelröhrenchip.
Blaulicht-Halbleiterchips basieren normalerweise auf Materialien wie InGaN/AlGaN/GaN usw. und werden nach epitaktischem Wachstum, Wafer-Flow-Prozess, Hohlraumoberflächenbehandlung, Verpackung und anderen Prozessen zu verwendbaren Einzelröhrenprodukten geformt.
Derzeit beträgt die Leistung kommerziell erhältlicher Blaulicht-Einzelröhren 5 W, wobei im Labor etwa 10 W erreicht werden können. Es gibt nicht viele Hersteller, die Blaulicht-Single-Tube-Chips anbieten können, obwohl es einige inländische Hersteller gibt, die sich auf diesen Bereich spezialisiert haben, aber derzeit haben immer noch einige deutsche und japanische Unternehmen eine beherrschende Stellung, darunter auch Deutschland und OSRAM.
Auf der Munich Shanghai Optical Expo 2023 hatte das Laser World Magazine die Ehre, Frau Jie Xia, Senior Managerin der Systemlösungsentwicklungsabteilung von ams OSRAM, zu interviewen. Sie sagte, ams OSRAM verfüge derzeit über eine komplette Produktionslinie von der Laserchip-Herstellung bis zur Verpackung, und die höchste Ausgangsleistung der derzeit angebotenen kommerziellen Blaulicht-Einzelröhre liege bei 5 W. ams OSRAM verfügt über hervorragende Prozessfähigkeiten zur Herstellung von Blaulicht-Einzelröhrenprodukten mit stabiler Leistung. Dies ist einer der Hauptvorteile von ams OSRAM, das den Bereich der Blaulicht-Laserchips dominieren kann.
Blaulichtanwendungen nehmen weiter zu
In Bezug auf die Anwendung von blauem Licht sagte Xia Jie, dass die 5-W-Leistung von Blaulicht-Einzelröhren nicht ausreicht, um den Bedarf an höherer Leistung für die industrielle Verarbeitung zu decken. Daher werden nach der optischen Strahlkombination mehr Einzelröhrenprodukte miteinander kombiniert Eine andere Verarbeitung, um eine höhere Leistung zu erzielen, kann für die industrielle Verarbeitung von Blaulichtquellen verwendet werden.
Betrachtet man die Halbleiterindustrie, ist die Komplexität sehr hoch, was den Herausforderungen der Photonikindustrie sehr ähnlich ist. Ähnlich wie die Photonikindustrie investiert auch die Halbleiterindustrie weiterhin stark in Forschung und Entwicklung. Tatsächlich gibt die Halbleiterindustrie im Jahr 2021 satte 71 Milliarden US-Dollar für Forschung und Entwicklung aus, womit sie in Bezug auf die Forschungs- und Entwicklungsausgaben aller Branchen weltweit an zweiter Stelle steht.
In dieser Ausstellung demonstrierte ams OSRAM die Modulmuster eines blauen 30-W- und 100-W-Lasers, die auf der blauen Laserchip-Baugruppe basieren. Dabei handelt es sich um die Kombination mehrerer Einzelröhrenchips über den Faserkopplungsausgang, um mehr als oder gleich 30 W zu erreichen. 100 W Ausgangsleistung und erreichen eine hohe Helligkeit und hohe Leistungsdichte, die für Präzisionsverarbeitungsaufgaben verwendet werden können.
Blaues Licht als Lichtquelle für bestimmte minimalinvasive Operationen wird den Weg für neue Innovationen in Bezug auf chirurgisches Trauma, Narbenreduzierung und Patientenschmerzen ebnen. Es wird berichtet, dass eine Reihe von Organisationen bereits umfangreiche Forschungen und Studien zu medizinischen Blaulichtanwendungen durchführen und von ams OSRAM mit Blaulichtquellen versorgt werden.
Es wird berichtet, dass das First Affiliated Hospital der Xi'an Jiaotong University im November 2011 das weltweit erste blaue Laser-Chirurgiegerät mit einer Ausgangsleistung von 200 W ankündigte, das bei der Laserenukleation von Harnblasentumoren zur Tumorenukleation eingesetzt wird.
ams OSRAM demonstrierte außerdem ein Lasergravurmodul, das auf der blauen Laserchip-Baugruppe basiert. Das Modul kann eine Ausgangsleistung von 20 W, 30 W, 40 W und 50 W liefern, die Ausgangsfleckgröße beträgt 50 μm × 70 μm ~ 80 μm × 110 μm und die Brennweite beträgt 20 ~ 50 mm zwischen optional. Dieses Blaulichtmodul kann für Heimwerker-Graviermaschinen verwendet werden und eignet sich zum Gravieren von Metall, Holz, Papier, Leder, Kunststoff und vielen anderen Materialien. Es kann auch Holz, Papier und Leder mit einer Dicke von weniger als 5 mm schneiden. Bei einer Punktgröße von 50 μm × 70 μm und einer Leistung von 40 W können hochpräzise Gravuren auf der Oberfläche von Messing mit einer Dicke von 1 cm realisiert werden. Wenn die Brennweite 50 mm beträgt, kann es Metall gravieren und Holz schneiden.
Für industrielle Verarbeitungsanwendungen, die einen blauen Laser mit höherer Leistung erfordern, eignet sich die Ausgangswellenlänge von 445 nm für Schweiß-, Beschichtungs- und additive Fertigungsanwendungen von Kupfer, Gold und anderen Metallmaterialien. Es ist auch möglich, mehrere blaue Laser zu stapeln und miteinander zu kombinieren, um Blaulichtmodulprodukte mit einer Leistung von Kilowatt oder noch mehr zu erzielen, die für die größten Anwendungsbereiche geeignet sind – die Herstellung von Lithiumbatterien aus einer Vielzahl von Kupfer, Aluminium und anderen Materialien mit hohem Korrosionsschutz Schweißverbindung, um gleichzeitig die Qualität der Verarbeitung sicherzustellen und eine höhere Verarbeitungseffizienz zu erreichen.
Neben der Schweißanwendung von Kupfer und anderen hochgradig antioxidativen Materialien ist auch das Kupfer-Laserauftragschweißen und die additive Fertigung ein wichtiger Anwendungsbereich von blauem Licht.
Zukunftstrends
Unter dem Gesichtspunkt der zukünftigen Marktanwendungsnachfrage ist die Herstellung von Lithiumbatterien für neue Energiefahrzeuge beim Schweißen von Kupfer und anderen Nichteisenmaterialien immer noch einer der Hauptanwendungsbereiche des blauen Lasers. Lithiumbatterien in den Anschlüssen, der Sammelschiene, der oberen Abdeckung, dem Modul und vielen anderen Schweißverbindungen sowie die hohen Anforderungen an Abdichtung, Ästhetik, Schweißeffizienz und andere Indikatoren führen dazu, dass der blaue Laser eine Richtung mit höherer Leistung und besserer Strahlqualität einnimmt. Dies wird die Industrie auf technischer Ebene weiter voranbringen und sich für blaue Einröhrenprodukte mit höherer Leistung einsetzen, so Xia Jie. Sie gab bekannt, dass ams OSRAM an der Entwicklung kommerzieller blauer Einröhrenprodukte mit höherer Leistung beteiligt war.
Zusätzlich zur Verbesserung der Leistung von blauen Einzelröhren werden die Einzelröhren-Arrays durch die kombinierte Strahlmethode miteinander kombiniert, um eine Leistung von Kilowatt zu erreichen. Die Industrie hat eine Leistung von bis zu 4 kW für blaue Lichtprodukte gemeldet und eine gute Strahlqualität. Aufgrund der Marktnachfrage wird die Blaulicht-Kombinationsstrahltechnologie daher weitere neue Durchbrüche erzielen.
Höhere Leistung und höhere Helligkeit der blauen Lichtquelle werden die gängige Lithiumherstellung in Bezug auf Verarbeitungsqualität und Effizienz auf ein neues Niveau bringen. Das Aufkommen von leistungsstärkeren blauen Lichtquellen wird auch außerhalb der industriellen Verarbeitung ein breiteres Spektrum von Bereichen umfassen und neue Anwendungen wie blaues Laserlicht und rotes Licht, grünes Licht, Dreifarbensynthese und die Bildung von weißem Laserlicht entwickeln Auf dem Fernsehbildschirm kann eine Beleuchtung verwendet werden, um eine lebendigere, hellere und energieeffizientere Anzeigefarbe zu erzielen.
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