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