Ülikiire laseri omadused, rakendus ja turuväljavaated

Tegelikult on nanosekund, pikosekund ja femtosekund ajaühikud, 1ns = 10-9s, 1ps = 10-12s, 1FS = 10-15s. See ajaühik tähistab laserimpulsi impulsi laiust. Lühidalt, impulsslaser väljastatakse nii lühikese aja jooksul. Kuna selle ühe impulsi väljundaeg on väga -väga lühike, nimetatakse sellist laserit ülikiireks laseriks. Kui laserenergia kontsentreeritakse nii lühikese aja jooksul, saadakse tohutu ühe impulsi energia ja äärmiselt suur tippvõimsus. Materjalide töötlemise ajal välditakse suures ulatuses materjali sulamist ja pidevat aurustumist (termilist efekti), mis on põhjustatud suurest impulsslaiusest ja madala intensiivsusega laserist, ning töötlemise kvaliteeti saab oluliselt parandada.

Tööstuses jagatakse laserid tavaliselt nelja kategooriasse: pidev laine (CW), kvaasi pidev (QCW), lühike impulss (Q-lülitusega) ja ülilühike impulss (režiim lukustatud). Mitmemoodilise CW kiudlaseriga esindatud CW hõivab suurema osa praegusest tööstusturust. Seda kasutatakse laialdaselt lõikamisel, keevitamisel, vooderdamisel ja muudel aladel. Sellel on kõrge fotoelektrilise konversiooni määr ja kiire töötlemiskiirus. Kvaasi pidev laine, tuntud ka kui pikk impulss, võib toota MS ~ μ S-järgu impulsi töötsükliga 10%, mis muudab impulssvalguse tippvõimsuse üle kümne korra suuremaks kui pideva valguse, mis on väga soodne puurimiseks, kuumtöötlemiseks ja muudeks rakendusteks. Lühike impulss viitab ns -impulssile, mida kasutatakse laialdaselt lasermärgistamisel, puurimisel, meditsiinilisel ravil, laseride vahemikus, teise harmoonilise põlvkonna, sõjaväe ja muudes valdkondades. Ülikiire impulss on see, mida me nimetame ülikiireks laseriks, sealhulgas PS ja FS impulsslaseriks.

Kui laser mõjub materjalile pikosekundi ja femtosekundi impulsi ajaga, muutub töötlemisefekt oluliselt. Femtosekundiline laser võib keskenduda juuste läbimõõdust väiksemale ruumilisele alale, muutes elektromagnetvälja intensiivsuse mitu korda suuremaks kui aatomite jõud nende ümbritsevate elektronide kontrollimiseks, et realiseerida palju äärmuslikke füüsilisi tingimusi, mida sellel pole. maa ja seda ei saa teiste meetoditega. Impulssienergia kiire suurenemisega võib suure võimsusega tihedusega laserimpulss hõlpsalt väliseid elektrone maha koorida, panna elektronid aatomite sidemest eralduma ja moodustama plasma. Kuna laseri ja materjali vaheline interaktsiooniaeg on väga lühike, on plasma materjali pinnalt eemaldatud enne, kui see jõuab energiat ümbritsevatele materjalidele üle kanda, mis ei too ümbritsevatele materjalidele termilist mõju. Seetõttu on ülikiire laseritöötlus tuntud ka kui "külmtöötlus". Samal ajal saab ülikiire laseriga töödelda peaaegu kõiki materjale, sealhulgas metalle, pooljuhte, teemante, safiire, keraamikat, polümeere, komposiite ja vaiku, fotoresistlikke materjale, õhukesi kilesid, ITO -kilesid, klaasi, päikesepatareid jne.

Külmtöötluse eelistega on lühikese impulsi ja ülilühikese impulsiga laserid jõudnud täppistöötlusvaldkondadesse, nagu mikro -nanotöötlus, peen laserravi, täppispuurimine, täppislõikamine ja nii edasi. Kuna ülilühike impulss võib väga kiiresti süstida töötlemisenergiat väikesesse tegevuspiirkonda, muudab hetkeline suure energiatihedusega sadestumine elektronide neeldumis- ja liikumisrežiimi, väldib laser -lineaarse neeldumise, energia ülekande ja difusiooni mõju ning muudab põhimõtteliselt interaktsioonimehhanismi laseri ja mateeria vahel. Seetõttu on sellest saanud ka mittelineaarse optika, laserspektroskoopia, biomeditsiini, tugeva välja optika fookus Kondenseerunud aine füüsika on võimas uurimisvahend teaduslike uurimisvaldkondade jaoks.

Võrreldes femtosekundilise laseriga ei pea pikosekundiline laser võimendamiseks impulsse laiendama ja kokku suruma. Seetõttu on pikosekundilise laseri disain suhteliselt lihtne, kulutõhusam, usaldusväärsem ja pädev turul pakutava ülitäpse ja pingevaba mikrotöötluse jaoks. Kuid ülikiire ja ülitugev on laserite arendamise kaks peamist suundumust. Femtosekundilisel laseril on ka suuremad eelised meditsiinilises ravis ja teadusuuringutes. Tulevikus on võimalik arendada järgmise põlvkonna ülikiiret laserit kiiremini kui femtosekundiline laser.