spi paper for epmt skln web, june 2010 - swissphotonics · microsoft powerpoint - spi paper for...

29
Reproduction or distribution forbidden without written consent of SPI Lasers ! " #$% ! &’% !! (! ) & % "* ! " + ,- . /%"- $,0# * /% 1!" #,"* 1!" #,"*

Upload: phamdiep

Post on 28-Jul-2018

213 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Reproduction or distribution forbidden without written consent of SPI Lasers

����������� �������� �������������� �������� �����������������������

������������������������������������ ������������������������������������� �������������������� ��������������������������� ��������

!��"���#�� �� ������$�����% �!�������&��'�%� �!������!����� �(�!��)���&������% �"�*�������

!��"�����+�� �,-������������.���������� �/�������%���"����� -���

����$����,0#��� �*����������������������� �/�������%����� �����

������1�!��"���#�� �� ���, �"�*������������1�!��"���#�� �� ���, �"�*������

EPMT Conference, June 2010: Reproduction or distribution forbidden without written consent of SPI Lasers

������������

�,�+�+���������������������������������

����-�������+��������1�2�%��,�+3

,��-��������"��-���

)�������4��5����������������

������������������%�(�-��� ���

+--�����������6� -��

7 "�������

7 �������

7 ����� ��������

"� ��%�(������������

EPMT Conference, June 2010: Reproduction or distribution forbidden without written consent of SPI Lasers

���������-��������%���54-�5���������

���� � -������-��������������� ������-�5� ����%�������������%�����%�� ����������

�� ��������4�,�+�����5��-��8�����������

-��-�������������-����-��4-�5������

Seed Amp Amp

High-power output pulse with characteristics determined by seed

High control High Gain & High power

High gain

*�����������*�����������11 2�%��,�+������+���������32�%��,�+������+���������3

EPMT Conference, June 2010: Reproduction or distribution forbidden without written consent of SPI Lasers

����� ������������������������������������������ �������������������������������������

Non-square output

Square input

As the pulse output energy approaches the saturation energy the amplifier inversion (gain) varies across the pulse duration, leading to significant pulse distortion.This distortion produces pulse shaping with preferential gain at the leading edge, giving higher peak-powerPulse duration and gain shaping can be tailored to application needs

Seed Amp Amp

EPMT Conference, June 2010: Reproduction or distribution forbidden without written consent of SPI Lasers

������������������������������������� ���������������� ���������������

Pulse Duration, Repetition Rate and Pulse Peak Powercan be independently selected and controlledHigh Peak Powers can be achieved at High PRFby deliberately shortening seed pulse duration

Approx 200ns

Approx 20ns

EPMT Conference, June 2010: Reproduction or distribution forbidden without written consent of SPI Lasers

New Waveforms 20W

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

16.0

-50 0 50 100 150 200 250 300

Time (s)

Pow

er (k

W)

��������������������������������������������������

������������������������������������� ��� ������ ��� �����

0 50 100 150 200 250 300 3500

1234

56

789

1011

121314

1516

peak

pow

er (k

W)

time (ns)

20 kHz 30 kHz 40 kHz 60 kHz 80 lHz

25 kHz

80 kHz 20 kHz

80 kHz

20W Q-Switched Fiber laser

Reducing pulse duration as PRF is increased holds peak-power high

Peak-power decays significantly as PRF is

increased

20W Seeded MOPA

Reproduction or distribution forbidden without written consent of SPI Lasers

Marking & Micromachining with ns Pulsed Lasers

“....SMART Laser….but how does it benefit my applications?”

EPMT Conference, June 2010: Reproduction or distribution forbidden without written consent of SPI Lasers

��������������������������������������

��� �8����%��� ��������-����������--���������������������%14

���!������� ��4 5���������%-�����%��9������������� �-������������������:�

���������"4 5���������������� ���������� ������%������������������%� �������-��������:

������������ 4 5������ -���������� � �������������������� :�

�� ���#����"7 5���������������������%��������������%���������������:

*��������� �������������������������-��� ������������������������������-���������� ��������-����������--���������:

Reproduction or distribution forbidden without written consent of SPI Lasers

SPI Pulsed MOPA Fiber Laser

������������ ����������� ������

������� �����������������

����������� ����������� � ������������������������������� �

Preconfigured beam source with Waveform Selection on DemandWaveforms stored within the control FPGA

Selectable on demand and “on the fly”

RS232 switching or External Hardware (Digital TTL)

Average Power, Peak Power, Repetition Rate independently variable

Extensive process space from a single source

Reproduction or distribution forbidden without written consent of SPI Lasers

Tailored Beam Quality & Pulse EnergyThe right tool for every job!

Wide marks deep engrave area/logo

General marking and micro-machining

Scribing & fine marking

Application

Wider lines >60micronMulti purpose 35-80micron

Fine feature<25micron

Key attribute

~3.2<2<1.3M2

HMRM/HSSMSeries

EPMT Conference, June 2010: Reproduction or distribution forbidden without written consent of SPI Lasers

"����������������������;��2�+�������5��"����������������������;��2�+�������5��

����<�����������2���� �����<�����������2���� �

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

-5.00E-08 0.00E+00 5.00E-08 1.00E-07 1.50E-07 2.00E-07 2.50E-07

Time (s)

Vol

tag

e (V

)

35kHz, wfm 11

37kHz, wfm 12

39kHz, wfm 13

44kHz, wfm 14

48kHz, wfm 15

51kHz, wfm 16

55kHz, wfm 17

60kHz, wfm 18

63kHz, wfm 19

68kHz, wfm 20

72kHz, wfm 21

80kHz, wfm 22

90kHz, wfm 23

105kHz, wfm 24

125kHz, wfm 25

170kHz, wfm 26

270kHz, wfm 27

290kHz, wfm 28

7kWpeakpower

220ns pulse-on time

45ns FWHM

0.6mJ / pulse, 35kHz0.6mJ / pulse, 35kHz= 20W Ave power= 20W Ave power

Reproduction or distribution forbidden without written consent of SPI Lasers

=="�"�>>1�"����1�"����44��������$� �?�����%$� �?�����%

For Applications requiring higher precision and finer lines – particularly for solar scribing

M2 < 1.3

EPMT Conference, June 2010: Reproduction or distribution forbidden without written consent of SPI Lasers

��������������������������������������������������������������

��������#������$�����%������������#������$�����%����

"�������;���2 ��:@ �A-����B2��C

Feature Quality (Hole diameter & Depth)Hole size 15% smaller than with M2 < 2 HS laserHole depth 30% deeper than with HS laser

EPMT Conference, June 2010: Reproduction or distribution forbidden without written consent of SPI Lasers

�������#������ �� ���������������#������ �� ��������

$����������DE�)'�2�� ����-��������-������

@ 10WEntry hole <40µm

@ 20WEntry hole <50µm

SM hole is 30% smaller than with M2 < 2 HS Laser

Images courtesy of Cambridge University

EPMT Conference, June 2010: Reproduction or distribution forbidden without written consent of SPI Lasers

"����������������������;�)�����.�"����������������������;�)�����.�

;��2�+�������5�;��2�+�������5�

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

-5.00E-08 0.00E+00 5.00E-08 1.00E-07 1.50E-07 2.00E-07 2.50E-07

Time (s)

Vol

tag

e (V

)

35kHz, wfm 11

37kHz, wfm 12

39kHz, wfm 13

44kHz, wfm 14

48kHz, wfm 15

51kHz, wfm 16

55kHz, wfm 17

60kHz, wfm 18

63kHz, wfm 19

68kHz, wfm 20

72kHz, wfm 21

80kHz, wfm 22

90kHz, wfm 23

105kHz, wfm 24

125kHz, wfm 25

170kHz, wfm 26

270kHz, wfm 27

290kHz, wfm 28

• Each trace is a different wfm at PRF0

5kWpeakpower

25ns pulse-on time

15ns FWHM

80µJ / pulse, 250kHz= 20W Ave power

EPMT Conference, June 2010: Reproduction or distribution forbidden without written consent of SPI Lasers

�������%���"�&�'������%���"�������%���"�&�'������%���"

�6� -�� ��������������������

,��4���������-���4��4-������������% ���������5�-�5�

Array of spots with SM Laser 6W Average Power

Line scan, 250kHz PRF 50 µm line spacing, 2m/s scan

On Off OnMark geometry and uniformityevidence pulse stability

Reproduction or distribution forbidden without written consent of SPI Lasers

20W M2 < 2 “HS” & 40W M2 ~ 3.2 “HM” Pulses

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

10.0

11.0

12.0

13.0

14.0

15.0

16.0

-50 0 50 100 150 200 250 300

Time (ns)

Pow

er (k

W)

25kHz

26kHz

27kHz

28kHz

29kHz

30.5kHz

32kHz

33.5kHz

38kHz

41kHz

45kHz

50kHz

57kHz

66kHz

78kHz

97kHz

135kHz

35.5kHz

Higher Pulse Energy and Peak Powerfrom Low-Moded Fibers traded against increased M2

20W “HS”

10

15

20

25

0

5

1.25mJ/pulse@ 30kHz

• M2 ~ 3.2

• Peak Power >20kW & >10kW at 200kHz

40W “HM”

• 0.8mJ/pulse@ 25kHz

• M2 < 2

• Peak Power >12kW @ 25kHz

Reproduction or distribution forbidden without written consent of SPI Lasers

"��������!���"��������!���44���������������B��2C���������������B��2C

Marking of ferritic stainless steel engineering partsPart numbers� Single pass� Filled fonts� Outline fonts

EPMT Conference, June 2010: Reproduction or distribution forbidden without written consent of SPI Lasers

����������������!����(����"�������������������!����(����"�����������)�������������(����"�������*)�������������(����"�������*

No Spot Overlap• visible mark• poor resolution• dotted-line

<5% Spot Overlap• improved mark• low resolution• “scallop” edge

>60% Spot Overlap• desired mark• high resolution• smooth line edge

����������������!�"�������������������������������!�(����"

&����������-�-��������� �������������� �����--�����F@�G������-���������� ��%� ��������--���������

EPMT Conference, June 2010: Reproduction or distribution forbidden without written consent of SPI Lasers

��������!������������!����)+��!����������!����,-.������������*)+��!����������!����,-.������������*

�������1$����������� ���

+�������� ��������������%��������������6�����%����������:������-��� �������-��������%�6�� �%���������������� ����� -������B ���������� �����C:

2�����5���������5���������������������.9������� ��������=���> �6�� ������������ �������

* Image courtesy of Miyachi Unitek * Image courtesy of LMco

EPMT Conference, June 2010: Reproduction or distribution forbidden without written consent of SPI Lasers

��������!�����������!���)��������!������������������*)��������!������������������*

#�����--�������������-��������%����������

)�����-��������������������������������������

)������-���������������5���������������

* Image courtesy of A&P Instruments Co Ltd * Image courtesy of Electrox

EPMT Conference, June 2010: Reproduction or distribution forbidden without written consent of SPI Lasers

/0�����������������/0�����������������

#�������������!���#�������������!���

!���������������������������%�-�������5�������������������������%���5��� ���

At high magnification the line scanbase of the image can be seen.Fill patterns and edging to enhancestrong colour block definition isemployed.

Sample courtesy of Electrox Ltd

EPMT Conference, June 2010: Reproduction or distribution forbidden without written consent of SPI Lasers

1 ��������%���������%������������1 ��������%���������%������������

������������,23!45����������������,23!45����

Requirement for absolute removal of thin film from coated display glass for subsequent metallisation - High repetition rate, high peak-power, high-speed scan

provides reliable cost-effective solution

EPMT Conference, June 2010: Reproduction or distribution forbidden without written consent of SPI Lasers

1 �������'������1 �������'������

+--��������1�*�,�� ������� �-����������������4 ������-����5�������-�5�

)����-������� ���5�-�������%

"������

E���)'��.�

D��� A������

&�������������

�6�������-��������

EPMT Conference, June 2010: Reproduction or distribution forbidden without written consent of SPI Lasers

����������������������������

���������1���5���-�����������-������������������-���-�5��

/�����������<�4��� ��4�����F< ��� �

����������� ������������

Multi pass engrave with 30W HM utilising 2 high pulse energy passes and a 3rd

smoothing pass at high rep-rate (top line of image only)

Detailed stamp engraved with 20W HSImage courtesy of ACSYS GmbH

EPMT Conference, June 2010: Reproduction or distribution forbidden without written consent of SPI Lasers

+��!����������!+��!����������!

H�2�)����� ������-���5����������-����������6�-�������������

!���� ����6��� ��9

6�7�23!45

DE ��������� ���E A�

��-���

������ ������ ��I:E��

#������9�����%J�

EPMT Conference, June 2010: Reproduction or distribution forbidden without written consent of SPI Lasers

#�����������/��������#�����������/��������

H�2�)�

��-�������-� �������BDE�� C

" �����-�����'������������������������������������� �6-������

)����.-�.���=��������

-���> ���� -���������

10mm

EPMT Conference, June 2010: Reproduction or distribution forbidden without written consent of SPI Lasers

�������� �� ������������������ �� ����������

��������-���-�5������-�5�������%�����������6���������������������������� �����-��������������

Copper Aluminium StainlessImages courtesy of Miyachi Unitek

Reproduction or distribution forbidden without written consent of SPI Lasers

IN SUMMARY

Images and samples courtesy of: Miyachi Unitek, Electrox, LMCo & Orotig

FLEXIBLE TOOL, DIVERSE FLEXIBLE TOOL, DIVERSE APPLICATIONS!APPLICATIONS!

Tailored Pulse characteristics give Tailored Pulse characteristics give processing flexibility for multiple processing flexibility for multiple application / materials / targeted application / materials / targeted

featuresfeatures