Caratteristiche, applicazione e prospettiva di mercato del laser ultraveloce
2021-08-02
Infatti, nanosecondo, picosecondo e femtosecondo sono unità di tempo, 1ns = 10-9s, 1ps = 10-12s, 1FS = 10-15s. Questa unità di tempo rappresenta l'ampiezza dell'impulso di un impulso laser. In breve, un laser pulsato viene emesso in così poco tempo. Poiché il suo tempo di impulso singolo in uscita è molto, molto breve, un tale laser è chiamato laser ultraveloce. Quando l'energia laser è concentrata in un tempo così breve, si otterrà un'enorme energia a singolo impulso e una potenza di picco estremamente elevata. Durante la lavorazione del materiale, il fenomeno della fusione del materiale e dell'evaporazione continua (effetto termico) causato dall'ampiezza dell'impulso lungo e dal laser a bassa intensità sarà evitato in larga misura e la qualità della lavorazione può essere notevolmente migliorata.
Nell'industria, i laser sono generalmente suddivisi in quattro categorie: onda continua (CW), quasi continuo (QCW), impulso breve (Q-switched) e impulso ultra breve (modalità bloccata). Rappresentato dal laser fibra CW multimodale, il CW occupa la maggior parte dell'attuale mercato industriale. È ampiamente utilizzato nel taglio, nella saldatura, nel rivestimento e in altri campi. Ha le caratteristiche di un alto tasso di conversione fotoelettrico e una velocità di elaborazione rapida. L'onda quasi continua, nota anche come impulso lungo, può produrre impulsi MS ~ μ di ordine S con un duty cycle del 10%, il che rende la potenza di picco della luce pulsata più di dieci volte superiore a quella della luce continua, il che è molto favorevole per foratura, trattamento termico e altre applicazioni. L'impulso breve si riferisce all'impulso ns, che è ampiamente utilizzato nella marcatura laser, nella perforazione, nel trattamento medico, nel raggio laser, nella generazione di seconda armonica, nei campi militari e in altri campi. L'impulso ultracorto è ciò che chiamiamo laser ultraveloce, incluso il laser a impulsi di PS e FS.
Quando il laser agisce sul materiale con il tempo di impulso di picosecondi e femtosecondi, l'effetto della lavorazione cambierà in modo significativo. Il laser a femtosecondi può concentrarsi su un'area spaziale più piccola del diametro dei capelli, rendendo l'intensità del campo elettromagnetico molte volte superiore alla forza degli atomi per controllare gli elettroni intorno a loro, in modo da realizzare molte condizioni fisiche estreme che non esistono sul terra e non può essere ottenuto con altri metodi. Con il rapido aumento dell'energia dell'impulso, l'impulso laser ad alta densità di potenza può facilmente staccare gli elettroni esterni, far staccare gli elettroni dalla schiavitù degli atomi e formare il plasma. Poiché il tempo di interazione tra laser e materiale è molto breve, il plasma è stato asportato dalla superficie del materiale prima che abbia il tempo di trasferire energia ai materiali circostanti, il che non provocherà impatto termico sui materiali circostanti. Pertanto, la lavorazione laser ultraveloce è nota anche come "lavorazione a freddo". Allo stesso tempo, il laser ultraveloce può lavorare quasi tutti i materiali, inclusi metalli, semiconduttori, diamanti, zaffiri, ceramiche, polimeri, compositi e resine, materiali fotoresist, film sottili, film ITO, vetro, celle solari, ecc.
Con i vantaggi della lavorazione a freddo, i laser a impulsi brevi e ultracorti sono entrati nei campi di lavorazione di precisione come la micro nano lavorazione, il trattamento medico laser fine, la perforazione di precisione, il taglio di precisione e così via. Poiché l'impulso ultracorto può iniettare molto rapidamente l'energia di elaborazione in una piccola area di azione, la deposizione istantanea ad alta densità di energia modifica l'assorbimento degli elettroni e la modalità di movimento, evita l'influenza dell'assorbimento lineare del laser, del trasferimento e della diffusione dell'energia e cambia radicalmente il meccanismo di interazione tra laser e materia. Pertanto, è diventato anche il fulcro dell'ottica non lineare, della spettroscopia laser, della biomedicina, dell'ottica a campo forte La fisica della materia condensata è un potente strumento di ricerca nei campi della ricerca scientifica.
Rispetto al laser a femtosecondi, il laser a picosecondi non ha bisogno di allargare e comprimere gli impulsi per l'amplificazione. Pertanto, il design del laser a picosecondi è relativamente semplice, più economico, più affidabile ed è adatto per microlavorazioni ad alta precisione e senza stress sul mercato. Tuttavia, ultra veloce e ultra forte sono le due principali tendenze dello sviluppo del laser. Il laser a femtosecondi presenta anche maggiori vantaggi nel trattamento medico e nella ricerca scientifica. In futuro è possibile sviluppare la prossima generazione di laser ultraveloci più veloci del laser a femtosecondi.
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