LASER 2011 – World of Photonics

Počátek druhé dekády nového století, označovaného za století fotonů a nové vědní disciplíny fotoniky, vrací laserům a laserovým systémům opět dynamický rozvoj, krátkodobě narušený nedávnou hospodářskou krizí. Nový pozitivní trend dokumentují i data německého oborového svazu optoniky Spectaris, vztažená k 69 % objemu celé evropské produkce. Až takový podíl představuje v Evropě německá výroba optoniky, v absolutních hodnotách 18,4 mld. eur v roce 2009 a 21,9 mld. eur v roce 2010. Jaká je věcná náplň vývoje laserové techniky představí v době od 23. do 26. května tradičně po dvou letech mnichovský mezinárodní veletrh LASER 2011 – World of Photonics s rozsáhlým doprovodným programem a odborným kongresem. Veletrh je situován podle odborných sekcí a v přehledném uspořádání zahrnuje prakticky všechno, co s laserovou technikou souvisí. Od laserových zdrojů a optoelektroniky přes senzory, optiku, lasery v telekomunikační a informační technice, zkušební a měřicí techniku, lasery v medicíně až po průmyslové lasery a laserové systémy. Jednání sekcí kongresu je možné při účasti předních světových odborníků považovat i za určitý nástin budoucího vývoje laserové techniky. Letos se očekává zaměření pozornosti především na lasery s ultrakrátkými pulzy a dostatečným výkonem při jejich specifickém uplatnění, v průmyslovém zaměření pak na mikroobrábění při středních výkonech pulzu i přes 1 kW. Tato tematika je také silně zastoupena i u plánovaných speciálních konferencí nebo workshopů: Laser ve fotovoltaice – 25. května pořádá Fraunhoferův institut ILT a konsorcium evropského projektu SOLASYS, Fotonika v bezpečnostních systémech, včetně detekce nebezpečných látek a výbušnin pomocí záření ve frekvenčním rozsahu THz - 25. května, Photonics Forum, European Conferences on Biomedical Optics (EBCO) – pětidenní konference o využití laseru v medicíně a biomedicíně, diagnóze i terapii, Seminář o trendu a trzích u průmyslových laserových technologií – 25. května pořádá Optech Consulting se zaměřením na oblast východu – referují odborníci z Ruska, Indie, Japonska a další. Počet vystavovatelů veletrhů LASER-World of Photonics se pohybuje kolem 1200, z toho přes polovinu bývá ze zahraničí a nechybí ani Česká republika. Letos se očekává především zesílená účast čínských vystavovatelů, což jednak souvisí obecně s růstem čínské ekonomiky a podílu vlastního výzkumu a vývoje, jednak je ale i důsledkem trvale vzájemně dobrých vztahů obou zemí, Německa a Číny. Už zhruba desetiletí probíhá osvědčené propojení v ose Německo – Rusko – Čína, kde např. vývojové Laser Zentrum Hannover počítá společné projekty už na desítky. Dynamickému rozvoji laserové techniky v Číně dopomáhají i úspěšné veletrhy této techniky, strukturou obdobné mnichovskému, které každoročně pořádá v Šanghaji právě společnost Mnichovské veletrhy. Letos, od 15. do 17. března, kdy se dostala účast vystavovatelů už na 361 z 18 zemí, je navštívilo během jen tří dnů na 29 000 osob. Zájem o nové vědecké poznatky vynáší Čínu podle zprávy britské Royal Society, zveřejněné letos 28. března, už na druhé místo ve světě po Spojených státech. Alespoň pokud jde o počet zveřejněných vědeckých článků, publikovaných ve vybraných světových časopisech, sledovaných v letech 2004 – 2008. Čína tu za USA s 21 % z celého objemu obsáhla 10 % a teprve daleko za ní se seřadily další bašty vědy a vývoje Velká Británie 6,5 %, Japonsko 6,1 %, Německo 6 % a Francie 4,4 %. Laser, který si sice připomenul v květnu minulého roku už 50. výročí od svého objevu, nachází neustále nové možnosti vlastního vývoje i užití a konce nebo zpomalení takového vývoje jsou v nedohlednu. Trendem posledních ročníků veletrhů Laser- World of Photonics se stala těsná vazba především na dvě oblasti využití laserů - v medicíně a v průmyslových oborech. Souvisí to s vývojem nových typů laserů, laserů diskových a vláknových, kde lze dosáhnout jak vysoké kvality paprsku a zároveň i tak krátké délky pulzu, jejíž interval prakticky vylučuje tepelné ovlivňování okolní zóny operace. V medicíně, kde první lasery našly uplatnění již kolem 80. let minulého století, se jejich současné pronikání dokonce označuje jako éra laserové exploze. Laser se používá už i při operacích srdce, odstraňování zhoubných nádorů v jícnu, tlustém střevu nebo konečníku a mezi zcela nové postupy patří i jejich využití pro neurochirurgické operace a zvláště pak pro operace mozku. Při tkáňových operacích se osvědčuje používání laseru s vyzařováním na vlnové délce 2, 3 nebo i 10,6 ?m, kdy tkáně s obsahem vody dobře absorbují paprsek laseru. Pro operace mozku se ukazují podle testu na synchrotronovém laseru v USA jako vhodnější lasery s vyzařováním ve střední infračervené NIR, které lépe absorbují i nevodnaté části mozkových tkání. Běžná medicínská praxe, která nemá ale takový zdroj k dispozici, upírá v současné době pozornost hlavně na závěrečné výsledky letos končícího tříletého projektu EU – MIRSURG (Mid-Infrared Solid-State Laser Systems for Minimally Invasive Surgery), který vede Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie (MBI) a na kterém se podílí řada významných evropských výzkumných organizací. Jeho výstupem a tedy i cílem celého úsilí by měl být speciální laser pro operace mozku, pracující na vlnovém rozsahu 6,45 ?m a s dostatečně vysokým středním výkonem v pulzu. Východisko pro řešení se spatřuje v pevnolátkovém laseru s vlnovou délkou 1 nebo 2 ?m, s možností přeladění na vyzařování v rozsahu střední infračervené. Pro průmyslové aplikace je v současné době středem zájmu mikroobrábění při ultrakrátkých pulzech, výkonově dostačujících pro opracování materiálů. Požadavky tu stupňuje především oblast elektroniky a u nás trochu zkompromitované fotovoltaiky při výrobě polovodičů a solárních článků. Ultrakrátkými pulzy, v ps a fs je možné zpracovávat i na teplotu citlivé materiály, kde by zvýšená teplota mohla působit na změnu struktury materiálu. Přesně řízenou ablací se dosáhne vysoké tvarové přesnosti obrobku při jeho hladkém povrchu. Pikosekundové lasery jsou dnes už komerčně dostupné v různých výkonnostních řadách a jejich vývojem a výrobou a následně i vývojem fs laserů se zabývá vícero společností - např. IMRA, Lumera, Horiba, Toptica, Spektra Physics a další. Zatím rekordního výkonu 1,1 kW u femtosekundového laseru dosáhli ve Fraunhoferově institutu pro laserovou techniku ILT. Kratší pulzy femtosekundových laserů dovolují při ablaci i větší přesnost a dávají šanci využívat při obrábění i jinak těžko zpracovatelné materiály. Koncept zesílení výkonu u nového 1,1 kW laseru je založen na „innoslab“ technologii s médiem Yb:YAG. Pro čerpání laseru byla vyvinuta i nová generace vysoce jakostních výkonových diod. Veletrh představí samozřejmě i další novinky. Jednou z nich, vyvolanou opět hlavně požadavky elektroniky, je možnost svařování mědi a jejích slitin laserem, což se doposud považovalo za nemožné nebo proveditelné jen obtížně. Že to jde, dokazují výsledky probíhajícího projektu CuBriLas, podporovaného Spolkovým ministerstvem pro vzdělání a výzkum BMBF. Ke svařování se tu používá paprsek diskového laseru firmy Trumpf s přeladěním na zelenou část spektra s vlnovou délkou 515 nm a výkonem 200 W v kontinuálním provozu. Zelený paprsek měď a její slitiny daleko lépe absorbují než infračervené paprsky. Testy, které prováděla firma Bosch, ukázaly náročnost této metody srovnatelnou s běžně užívanou technologií svařování ocele IR paprsky a vhodnou tedy i pro automatizaci procesu. Siemens a Institut für Strahlwerzeuge (IFSW) stuttgartské univerzity ověřovaly i další postupy, jako jsou svařování mědi a měděných kompozitů, svařování různých tlouštěk materiálů nebo svařování při kombinaci zelená a IR, což se jeví výhodné z hlediska hloubky provaření svaru a požadovaného výkonu laseru. Paralelně se závěry všech těchto prací probíhají v rámci úkolu CuBriLas i další testy ve Fraunhoferově institutu ILT, zaměřené zvláště na materiály typu CuSn6 a CuFe2P. Z množství dalších veletržních novinek a přihlašovaných exponátů vybíráme ještě jednu novinku, která jistě zaujme všechny uživatele klasických laserových průmyslových technologií, svařování a řezání. Uváděné operace vyžadují rozdílnou fokusaci paprsku, řezání užší, svařování naopak širší a tomu odpovídající i rozdílnou optickou vláknovou techniku. Dosavadní postupy užívaly odlišných vláken, pro řezání vlákno s menším průměrem, pro svařování s větším průměrem. Pro vyšší hospodárnost procesů, snížení nákladů i času přípravy, vyvinuli u firmy Trumpf společné vlákno pro obě technologie. Struktura nového vlákna využívá při řezání vnitřního jádra vlákna s průměrem 100 ?m, při svařování vnější průřez vlákna s průměrem 400 nebo 600 ?m, čímž je dosaženo potřebné fokusace a optimálních pracovních podmínek u obou operací. Řídicí systém (aplikace u TruLaser Cell 7040) reaguje sám na volbu technologií a automaticky provede záměnu vhodného průměru vlákna. (Bližší informace k veletrhu LASER 2011 – World of Photonics na www.expocs.cz případně www.world-of-phtonics.net a také na str. 3 tohoto čísla) /jš/