Novinky z oboru

Charakteristika, aplikace a perspektiva trhu ultrarychlého laseru

2021-08-02
Ve skutečnosti jsou nanosekundy, pikosekundy a femtosekundy časové jednotky, 1ns = 10-9s, 1ps = 10-12s, 1FS = 10-15s. Tato časová jednotka představuje šířku pulsu laserového impulsu. Stručně řečeno, pulzní laser je generován v tak krátké době. Protože jeho výstupní doba jednoho pulsu je velmi, velmi krátká, nazývá se takový laser ultrarychlý laser. Když je laserová energie koncentrována v tak krátkém čase, bude získána obrovská jednopulzní energie a extrémně vysoký špičkový výkon. Během zpracování materiálu bude do značné míry zabráněno jevu tavení materiálu a kontinuálnímu odpařování (tepelnému efektu) způsobenému dlouhou šířkou pulsu a laserem s nízkou intenzitou a kvalitu zpracování lze výrazně zlepšit.

V průmyslu jsou lasery obvykle rozděleny do čtyř kategorií: kontinuální vlna (CW), kvazi spojitá (QCW), krátký puls (Q-Switched) a ultra krátký puls (režim uzamčen). Společnost CW, zastoupená multimódovým vláknovým laserem CW, zaujímá většinu současného průmyslového trhu. Je široce používán v řezání, svařování, opláštění a dalších oborech. Má vlastnosti vysokého fotoelektrického konverzního poměru a vysoké rychlosti zpracování. Kvazi spojitá vlna, známá také jako dlouhý puls, může produkovat pulz řádu MS ~ μ S s pracovním cyklem 10%, což činí špičkový výkon pulzního světla více než desetkrát vyšší než u spojitého světla, což je velmi příznivé pro vrtání, tepelné zpracování a další aplikace. Krátký puls označuje puls ns, který je široce používán v laserovém značení, vrtání, lékařském ošetření, laserovém měření vzdálenosti, druhé generaci harmonických, vojenských a dalších oborech. Ultrashort pulse je to, čemu říkáme ultrarychlý laser, včetně pulzního laseru PS a FS.

Když laser působí na materiál s dobou pulsu pikosekundy a femtosekundy, efekt obrábění se výrazně změní. Femtosekundový laser se může zaměřit na prostorovou oblast menší než průměr vlasů, takže intenzita elektromagnetického pole je několikanásobně vyšší než síla atomů, aby zkontrolovala elektrony kolem sebe, a tak realizovala mnoho extrémních fyzikálních podmínek, které na ní neexistují. Zemi a nelze je získat jinými metodami. Díky rychlému nárůstu pulzní energie může laserový puls s vysokou hustotou výkonu snadno odlepit vnější elektrony, aby se elektrony odtrhly od svazku atomů a vytvořily plazmu. Protože doba interakce mezi laserem a materiálem je velmi krátká, plazma byla z povrchu materiálu odstraněna dříve, než měla čas přenést energii na okolní materiály, což okolním materiálům nepřinese tepelný dopad. Ultrarychlé laserové zpracování je proto také známé jako „studené zpracování“. Ultrarychlý laser přitom dokáže zpracovat téměř všechny materiály, včetně kovů, polovodičů, diamantů, safírů, keramiky, polymerů, kompozitů a pryskyřic, fotorezistních materiálů, tenkých filmů, ITO filmů, skla, solárních článků atd.

S výhodami studeného zpracování vstoupily lasery s krátkými a ultrakrátkými pulsy do oblastí přesného zpracování, jako je mikro nano zpracování, jemné laserové lékařské ošetření, přesné vrtání, přesné řezání atd. Protože ultrakrátký pulz dokáže velmi rychle vstříknout zpracovatelskou energii do malé akční oblasti, okamžité ukládání vysoké hustoty energie mění absorpci elektronů a režim pohybu, vyhýbá se vlivu laserové lineární absorpce, přenosu energie a difúze a zásadně mění mechanismus interakce mezi laserem a hmotou. Proto se také stalo ohniskem nelineární optiky, laserové spektroskopie, biomedicíny, silné polní optiky Fyzika kondenzovaných látek je účinný výzkumný nástroj ve vědeckých výzkumných oborech.

Ve srovnání s femtosekundovým laserem nemusí pikosekundový laser rozšiřovat a komprimovat impulsy pro zesílení. Proto je konstrukce pikosekundového laseru relativně jednoduchá, nákladově efektivnější, spolehlivější a je kompetentní pro vysoce přesné mikroobrábění bez stresu na trhu. Ultra rychlé a ultra silné jsou dva hlavní trendy vývoje laseru. Femtosekundový laser má také větší výhody v lékařské léčbě a vědeckém výzkumu. V budoucnu je možné vyvinout další generaci ultrarychlého laseru rychleji než femtosekundový laser.