Molte applicazioni industriali e scientifiche richiedono laser di alta energia e potenza di picco che possono essere ottenuti esclusivamente utilizzando componenti a base di cristalli singoli o ceramici policristallini trasparenti. Il materiale laser ceramico che ha raggiunto il miglior grado di maturità, e prestazioni laser analoghe al corrispondente cristallo singolo, è il granato di Al e Y drogato con Yb o Nd. A differenza di quanto accade per i cristalli singoli, ottenibili in dimensioni limitate e con una composizione uniforme, la tecnologia di produzione messa a punto da ISTEC permette di realizzare componenti ceramici policristallini trasparenti anche di grande dimensioni e con distribuzioni di drogaggio non uniforme, a gradiente composizionale o stratificate. Tale flessibilitá del processo é fondamentale per migliorare il controllo della trasmissione del calore e delle sollecitazioni termiche che, nel caso dei cristalli singoli, limitano l’ottenimento di potenze elevate.
Vista al microscopio elettronico della superficie fratturata (in alto) e dopo lucidatura (in basso)
ISTEC mette a punto tecnologie di produzione e scale-up di sorgenti laser di alta potenza a base di materiali ceramici trasparenti di varie composizioni (YAG, Lu2O3 e Sc2O3) con drogaggio uniforme o a gradiente composizionale con elementi attivi (Yb3+, Nd3+ o altri elementi delle terre rare).
I ceramici laser policristallini consentono una fabbricazione più facile ed economica di componenti rispetto a quella dei cristalli singoli; è possibile produrre componenti di grande dimensioni. Sono sfruttabili per produrre strutture complesse, come quelle a gradiente composizionale o stratificate, fondamentali per migliorare il controllo della trasmissione del calore e delle sollecitazioni termiche. Quando riscaldati, si espandono in tutte le direzioni e dissipano il calore in modo omogeneo, consentono distorsioni ottiche limitate e migliore qualità del fascio laser.
Sorgenti policristalline di laser allo stato solido pompati a diodi (DPSSL)
Ceramici trasparenti a base di Yb3+:YAG con composizione uniforme e graduata
Sviluppo di un apparato laser automatico ad elevata flessibilità operativa per diverse applicazioni industriali
Il laboratorio ha sviluppato un apparato laser automatico basato su una sorgente di YAG (Yittrium Aluminium Garnet drogato con neodimio) policristallino, in grado di marcare, tagliare, incidere e micro-trapanare ogni tipo di metallo.La lavorazione aser si sta imponendo sempre più in ogni settore produttivo, grazie alle sue caratteristiche di versatilità, efficienza ed economicità. I campi di applicazione ormai non hanno più limiti; infatti tutti i prodotti di qualsivoglia materiale metallico possono potenzialmente essere marcati, incisi, tagliati o saldati, sempre con grandi vantaggi in termini di tempi di esecuzione e di economicità d'uso rispetto ai sistemi tradizionali. Alcuni esempi di settori applicativi: elettronico industriale, automotive, orafo, medicale. Il sistema si basa su una sorgente laser a stato solido pompata a diodo (DPSS), che ha alta efficienza elettrica e ridotta manutenzione rispetto alle sorgenti laser a stato solido pompate a lampada. Il lavoro sperimentale condotto finora su componenti basati su YAG ceramico ha dimostrato la fattibilità tecnologica e la capacità di produrre una radiazione laser. I prototipi sono stati validati in ambiente industrialmente rilevante in termini di prestazioni laser (guadagno, efficienza di estrazione e distorsione del fronte d’onda).
AM Engineering S.r.l. Grafos S.r.l. RETINÆ S.r.l. MONOCROM (Spain) GFHmbh (Germany) BROELL (Austria) Tridonic GmBH & Co. KG
Il materiale è stato sviluppato e testato nell’ambito di contratti di ricerca industriale, di tre progetti internazionali e due progetti nazionali.
Potenza di uscita del laser in funzione della potenza assorbita