Microlentes

Los láseres de diodo de alto rendimiento son pequeños, pero tienen ante sí un gran futuro, como en la foto, en la inspección del cabezal láser de un diseño acoplado con fibras. Foto: Laserline
Thilo Horvatitsch

Pioneros en la era fotónica

Los láseres de diodo ya están conquistando también las naves de fábrica de la industria de automoción. SCHOTT suministra microlentes de máxima calidad para esta tecnología láser emergente de importancia clave.

Cuando el escáner en la caja de un supermercado lee los códigos de barras de la leche o el gel de baño, cuando se lee un DVD o cuando se produce la exposición dentro de una impresora láser, están actuando diodos láser. Desde que en 1962 se consiguiera generar por primera vez luz láser desde un chip semiconductor, esta tecnología ha experimentado un progreso extraordinario. Gracias al impulso dado por la utilización en masa de la transmisión óptica de datos, estas minúsculas fuentes de luz comprenden en la actualidad la mitad del mercado mundial de los láseres, que mueve cada año unos 6 millardos de dólares US. Un tipo de construcción especial está desplegando ahora también sus capacidades en las naves de las fábricas: los láseres de diodo compactos de alta potencia están encaramándose a los primeros puestos en el mecanizado industrial de materiales. Con potencias que alcanzan hasta el rango de los kilovatios, demuestran ahora sus bondades en un amplio abanico de aplicaciones, desde la soldadura de plástico y metales, el endurecimiento de superficies y la soldadura de componentes, hasta el corte por fusión o con antorcha.

Una clientela influyente está apostando cada vez más por los potentes láseres de semiconductor: la industria alemana de automóvil. “Detectamos una tendencia muy acusada en esta dirección”, confirma Volker Krause. El Gerente de Laserline, un fabricante líder mundial de láseres de diodo para el mecanizado industrial de materiales, lo dice con conocimiento de causa. Esta empresa alemana mantiene contactos comerciales con prácticamente todos los fabricantes de automóviles más prestigiosos y ha puesto ya en el mercado mundial más de 600 fuentes de rayos, tanto en la industria del automóvil, como en la ingeniería eléctrica, la transformación de plásticos, la tecnología médica y la fabricación de bienes de equipo especiales. Laserline se ha forjado un nombre sobre todo en el innovador campo del empleo directo de láseres de diodo y ofrece estas fuentes de rayos con potencias de salida de hasta 10 kW. “Con ellos se pueden realizar tanto uniones soldadas, p.ej. entre el techo y la carrocería, como soldar piezas móviles, como las puertas y los portones de portamaletas. Nuestro cliente Audi emplea estos láseres en todas sus fábricas”, explica Krause. La industria alemana de automoción es un precursor a escala mundial de este uso y está reemplazando progresivamente los láseres de estado sólido bombeados con lámparas por los láseres de semiconductor compactos para uso directo.

En este sentido cabe señalar que los láseres de diodo de alta potencia se pueden utilizar por una parte como fuente de rayos directa y por otra para “bombear” (excitar) indirectamente los cristales de un láser de semiconductor. En este último caso los láseres de semiconductor relevan a las lámparas de destellos o de arco eléctrico como fuente óptica de bombeo. Ante este escenario se puede explicar también la diferencia entre la tecnología de láser de diodo y la tecnología de láser convencional. La luz del láser de diodo misma no se genera mediante el bombeo sobre un cristal o la descarga de un gas dentro de un tubo, como ocurre con el láser de gas, sino en un minúsculo diodo microelectrónico hecho de material semiconductor. Una ventaja elemental del mismo es que los láseres de diodo convierten la electricidad directamente en luz, sin intermediarios, abriendo así la puerta a una era totalmente nueva de la tecnología láser, comparable al salto tecnológico que se dio de la válvula de vacío al transistor.

Ahorrando 100.000 € en electricidad

En la actualidad los láseres de diodo compactos de alta potencia alcanzan potencias del orden de kilovatios y resultan incluso aptos para el corte en el mecanizado industrial de materiales. Foto: Highyag-Laserline
Los beneficios se pueden apreciar en muchas áreas: los láseres de diodo presentan un rendimiento hasta 10 veces mayor que los láseres convencionales y están prácticamente libres de mantenimiento durante una vida útil prolongada, que llega a las 30.000 horas de servicio. Sobre todo son pequeños y se dejan integrar óptimamente en los equipos de producción. El hecho de necesitar la energía proporcionada por un armario del tamaño de una caja de zapatos en lugar de un devorador de energía con la altura de una persona para generar la misma potencia representa un gran avance con respecto a las instalaciones láser convencionales. “Comparativamente, un diodo láser de 4 kW de potencia de salida puede generar, para 8.000 horas de servicio al año, un ahorro de más de 100.000 € en la factura eléctrica”, estima Volker Krause. Gracias a ello, la inversión en esta tecnología se amortiza rápidamente.

Estas ventajas se pueden aprovechar en grado creciente desde que se domina cada vez más un punto débil del láser de diodo de alta potencia: la calidad del rayo. Su luz, muy divergente, no resulta fácil de enfocar y necesita ser acondicionada primero ópticamente, con gran esfuerzo, hasta que resulta adecuada para el mecanizado de materiales. El consorcio tecnológico SCHOTT suministra un componente clave para ello: las lentes FAC para la paralelización de los rayos. Sus características de reproducción deben ser homogéneas, incluso a pesar de ser fabricadas en grandes cantidades, para así conservar la calidad del rayo láser. “Existe sólo un reducido círculo de proveedores con una fiabilidad duradera, como SCHOTT, capaces de ofrecer estas lentes en la calidad requerida”, dictamina Volker Krause.

Pero cuando incluso los fabricantes de automóviles más exigentes están satisfechos con el “paquete completo”, el pequeño láser tiene ante sí un futuro grande, no sólo como herramienta universal para la producción industrial, sino también en nichos interesantes, como la cirugía láser, el secado térmico industrial, la tecnología de impresión y la de displays. Una cosa ya es previsible, señala Krause: “En cinco años el diodo láser habrá reemplazado a los láseres de bombeo óptico.”
Sitio web de SCHOTT
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