definisi
Laser ultrafast ialah sejenis laser berdenyut ultra-pendek ultra intens dengan lebar denyut kurang daripada atau dalam tahap pico2nd (10-12s), yang ditakrifkan berdasarkan bentuk gelombang keluaran tenaga. Takrifan ini berkaitan dengan "fenomena ultrafast". Fenomena ultrafast merujuk kepada fenomena yang berlaku dalam proses fizikal, kimia atau biologi yang berubah dengan cepat dalam sistem mikroskopik jirim. Dalam sistem atom dan molekul, skala masa pergerakan atom dan molekul adalah mengikut urutan picosaat hingga femtosaat. Contohnya, tempoh putaran molekul adalah mengikut tertib picosaat, dan tempoh getaran adalah mengikut tertib femtosaat. Apabila lebar nadi laser mencapai tahap pico2nd atau femtosecond, sebahagian besarnya boleh mengelakkan pengaruh pada keseluruhan gerakan terma molekul (gerakan terma molekul adalah intipati mikroskopik suhu jirim), dan bahan dijana pada skala masa getaran molekul. Pengaruh, supaya semasa mencapai tujuan pemprosesan, kesan haba sangat berkurangan.
jenis
Terdapat banyak kaedah pengelasan untuk laser, di antaranya terdapat 4 kaedah pengelasan yang paling biasa digunakan, termasuk pengelasan mengikut bahan kerja, pengelasan mengikut bentuk gelombang keluaran tenaga (mod kerja), pengelasan mengikut panjang gelombang keluaran (warna), dan pengelasan mengikut kuasa.
Antaranya, mengikut bentuk gelombang keluaran tenaga, laser boleh dibahagikan kepada laser berterusan, laser berdenyut, dan laser separa berterusan:
Laser Berterusan
Ia adalah laser yang secara berterusan mengeluarkan bentuk gelombang tenaga yang stabil semasa waktu bekerja. Ia dicirikan oleh kuasa tinggi dan boleh memproses bahan dengan isipadu yang besar dan takat lebur yang tinggi, seperti plat logam.
Laser Berdenyut
Ia mengeluarkan tenaga dalam bentuk denyutan. Mengikut lebar nadi, ia boleh dibahagikan lagi kepada laser milli2nd, laser micro2nd, peranti penutupan nano2nd, laser pico2nd, laser femto2nd, dan laser atto2nd; sebagai contoh, jika laser nadi Lebar nadi laser keluaran adalah antara 1-1000ns, yang kita panggil laser nano2nd, dan sebagainya. Kami memanggil laser pico2nd, laser femto2nd, laser atto2nd dan laser ultrafast. Kuasa laser berdenyut jauh lebih rendah daripada laser berterusan, tetapi ketepatan pemprosesan lebih tinggi daripada laser berterusan, dan secara amnya, semakin sempit lebar nadi, semakin tinggi ketepatan pemprosesan.
Laser Kuasi-CW
Ia boleh berulang kali mengeluarkan laser tenaga yang agak tinggi dalam tempoh tertentu, dan ia juga merupakan laser nadi dalam teori.
Bentuk gelombang keluaran tenaga bagi 3 laser di atas juga boleh diterangkan oleh parameter "kitaran tugas". Untuk laser, kitaran tugas boleh ditafsirkan sebagai nisbah masa pengeluaran tenaga laser berbanding dengan jumlah masa dalam kitaran nadi.
Kitaran tugas laser CW (=1) > kitaran tugas laser kuasi-CW > kitaran tugas laser berdenyut. Secara amnya, semakin sempit lebar nadi laser berdenyut, semakin rendah kitaran tugas.
Dalam bidang pemprosesan bahan, laser berdenyut pada mulanya merupakan produk peralihan laser berterusan. Ini kerana kuasa keluaran laser berterusan tidak boleh terlalu tinggi disebabkan oleh pengaruh faktor seperti kapasiti galas komponen teras dan tahap teknologi pada peringkat awal, dan bahan tidak boleh dipanaskan hingga takat lebur. Perkara di atas mencapai tujuan pemprosesan. Jika cara teknikal tertentu digunakan untuk menumpukan tenaga keluaran laser pada satu nadi, supaya walaupun jumlah kuasa laser tidak berubah, kuasa serta-merta pada masa nadi meningkat dengan banyak, yang memenuhi keperluan pemprosesan bahan. Kemudian, teknologi laser berterusan secara beransur-ansur matang, dan didapati bahawa laser berdenyut mempunyai kelebihan besar dalam ketepatan pemprosesan. Ini kerana kesan haba laser berdenyut pada bahan adalah lebih kecil, dan lebih sempit lebar nadi laser, lebih kecil kesan haba, dan lebih licin bahagian tepi bahan yang diproses, ketepatan pemesinan yang sepadan adalah lebih tinggi.
Komponen
2 permintaan teras laser ultracepat: nadi ultrashort kestabilan tinggi dan tenaga nadi tinggi. Secara amnya, nadi ultrashort boleh diperoleh dengan menggunakan teknologi penguncian mod, dan tenaga nadi tinggi boleh diperoleh dengan menggunakan teknologi penguatan CPA. Komponen teras yang terlibat termasuk pengayun, pengusung, penguat, dan pemampat. Antaranya, teknologi pengayun dan penguat adalah yang paling sukar, dan ia juga merupakan teknologi teras syarikat pembuatan laser ultrafast.
Pengayun
Dalam pengayun, denyutan laser ultrafast diperoleh menggunakan teknik penguncian mod.
Stretcher
Pengusung meregangkan denyutan benih femto2nd mengikut masa mengikut panjang gelombang yang berbeza.
Penguat
Penguat berkicau digunakan untuk memberi tenaga sepenuhnya kepada nadi yang diregangkan ini.
Pemampat
Pemampat menyatukan spektrum yang dikuatkan bagi komponen berbeza dan mengembalikannya kepada lebar femto2nd, dengan itu membentuk denyutan laser femto2nd dengan kuasa serta-merta yang sangat tinggi.
Aplikasi
Berbanding dengan laser nano2nd dan milli2nd, walaupun kuasa keseluruhan laser ultrafast lebih rendah, kerana ia bertindak secara langsung pada skala masa getaran molekul bahan, ia menyedari "pemprosesan sejuk" dalam erti kata sebenar, jadi ketepatan pemprosesan bertambah baik.
Disebabkan oleh ciri yang berbeza, laser berterusan berkuasa tinggi, laser berdenyut bukan ultrafast dan laser ultrafast mempunyai perbezaan yang besar dalam bidang aplikasi hiliran:
Laser berterusan berkuasa tinggi (dan laser separa berterusan) digunakan untuk memotong, mensinter, kimpalan, pelapisan permukaan, penggerudian, 3D percetakan bahan logam.
Laser berdenyut bukan ultrafast digunakan untuk menandakan bahan bukan logam, pemprosesan bahan silikon, ukiran ketepatan permukaan logam, pembersihan permukaan logam, kimpalan ketepatan logam, pemesinan mikro logam.
Laser ultrafast digunakan untuk memotong dan mengimpal bahan lutsinar seperti kaca, PET dan nilam serta bahan keras dan rapuh, penandaan ketepatan, pembedahan oftalmik, pasif mikroskopik dan goresan bahan.
Dari sudut pandangan penggunaan, laser CW berkuasa tinggi dan laser ultrafast hampir tidak mempunyai hubungan penggantian bersama. Mereka seperti kapak dan pinset, dan saiznya mempunyai kelebihan dan kekurangan mereka sendiri. Aplikasi hiliran laser berdenyut bukan ultrafast mempunyai beberapa pertindihan dengan laser berterusan dan laser ultrafast. Daripada keputusan sebenar, di bawah aplikasi yang sama, kuasanya tidak sebaik laser berterusan, dan ketepatannya tidak sebaik laser ultrafast. Yang lebih menonjol ialah prestasi kos.
Terutamanya laser ultraungu nano2nd, walaupun lebar nadinya tidak mencapai tahap pico2nd, tetapi ketepatan pemprosesan bertambah baik berbanding dengan laser nano2nd warna lain, ia telah digunakan secara meluas dalam pemprosesan dan pembuatan produk 3C. Pada masa hadapan, apabila kos laser ultrafast berkurangan, ia mungkin menduduki pasaran ultraungu nano2nd.
Laser ultrafast menyedari pemprosesan sejuk dalam erti kata sebenar dan mempunyai kelebihan ketara dalam pemprosesan ketepatan. Apabila teknologi pengeluaran laser ultrafast secara beransur-ansur matang, kos secara beransur-ansur berkurangan. Pada masa hadapan, ia dijangka akan digunakan secara meluas dalam biologi perubatan, aeroangkasa, elektronik pengguna, paparan pencahayaan, persekitaran tenaga, jentera ketepatan dan industri hiliran lain.
Kosmetologi Perubatan
Laser ultrafast boleh digunakan dalam peralatan pembedahan mata perubatan dan peranti kosmetik. Laser Femto2nd digunakan dalam pembedahan rabun dan dikenali sebagai "revolusi lain dalam pembedahan refraktif" selepas teknologi penyimpangan muka gelombang. Paksi mata pesakit rabun lebih besar daripada paksi mata biasa, supaya dalam keadaan relaksasi bola mata, tumpuan sinaran cahaya selari selepas pembiasan oleh sistem biasan mata jatuh di hadapan retina. Pembedahan laser Femto2nd boleh membuang otot berlebihan dalam dimensi paksi dan memulihkan jarak paksi kepada normal. Pembedahan laser Femto2nd mempunyai kelebihan ketepatan yang tinggi, keselamatan yang tinggi, kestabilan yang tinggi, masa operasi yang singkat, dan keselesaan yang tinggi, dan telah menjadi salah satu kaedah pembedahan miopia yang paling utama.
Dari segi kecantikan, laser ultra-pantas boleh digunakan untuk menghilangkan pigmen dan tahi lalat asli, menghilangkan tatu, dan meningkatkan penuaan kulit.
Elektronik Pengguna
Laser ultrafast sesuai untuk pemprosesan bahan lutsinar yang keras dan rapuh, pemprosesan filem nipis, penandaan ketepatan, dan lain-lain dalam proses pembuatan elektronik pengguna. Kaca terbaja telefon bimbit dan nilam adalah bahan yang keras, rapuh dan lutsinar dalam bahan mentah elektronik pengguna, terutamanya nilam, kerana kekerasannya yang tinggi dan kerapuhan yang tinggi, kecekapan dan kadar hasil kaedah pemesinan tradisional adalah sangat rendah; nilam kini digunakan secara meluas Ia digunakan secara meluas dalam jam tangan pintar, penutup kamera telefon bimbit, penutup modul cap jari, dll.; Laser ultrafast nano2nd dan laser ultrafast adalah cara teknikal utama untuk memotong nilam pada masa ini, dan kesan pemprosesan laser ultrafast adalah lebih baik daripada laser nano2nd ultraungu. Di samping itu, kaedah pemprosesan yang digunakan oleh modul kamera dan modul cap jari adalah terutamanya laser nano2nd dan pico2nd. Untuk pemotongan skrin telefon mudah alih yang fleksibel (skrin boleh lipat) dan yang sepadan 3D penggerudian kaca pada masa hadapan, teknologi arus perdana kemungkinan besar akan menjadi laser ultrafast.
Laser ultrafast juga mempunyai aplikasi penting dalam pembuatan panel. Laser ultrafast boleh digunakan untuk memotong polarizer OLED, mengelupas dan membaiki semasa pembuatan LCD/OLED.
Untuk OLED, bahan polimernya sangat sensitif terhadap pengaruh haba. Di samping itu, saiz dan jarak sel yang dibuat pada masa ini sangat kecil, dan saiz pemprosesan yang tinggal juga sangat kecil. Proses pemotongan mati tradisional seperti dahulu tidak lagi sesuai untuk hari ini. Keperluan pengeluaran industri, dan kini terdapat keperluan aplikasi untuk skrin berbentuk khas dan skrin berlubang, yang berada di luar kemampuan kraf tradisional. Dengan cara ini, faedah laser ultrafast dapat dilihat, terutamanya ultraungu pico2nd atau laser femto2nd, yang mempunyai zon terjejas haba yang kecil dan lebih sesuai untuk aplikasi yang lebih fleksibel seperti pemprosesan lengkung.
Kimpalan Mikro
Untuk media pepejal lutsinar seperti kaca, pelbagai fenomena seperti penyerapan tak linear, kerosakan lebur, pembentukan plasma, ablasi, dan perambatan gentian akan berlaku apabila laser nadi ultrashort merambat dalam medium. Rajah menunjukkan pelbagai fenomena yang berlaku dalam interaksi antara laser nadi ultrashort dan bahan pepejal di bawah ketumpatan kuasa dan skala masa yang berbeza.
Oleh kerana teknologi kimpalan mikro laser denyut ultra-pendek tidak perlu memasukkan lapisan perantaraan, mempunyai kecekapan tinggi, ketepatan tinggi, tiada kesan terma makroskopik, dan mempunyai sifat mekanikal dan optik yang agak ideal selepas rawatan kimpalan mikro, ia sangat sesuai untuk kimpalan mikro bahan lutsinar seperti kaca. Sebagai contoh, penyelidik telah berjaya mengimpal penutup hujung kepada gentian optik standard dan mikrostruktur menggunakan denyutan 70 fs, 250 kHz.
Pencahayaan Paparan
Penggunaan laser ultrafast dalam bidang pencahayaan paparan terutamanya merujuk kepada scribing dan pemotongan wafer LED. Ini adalah satu lagi contoh laser ultrafast yang sesuai untuk memproses bahan keras dan rapuh. Pemprosesan laser ultrapantas mempunyai kerataan keratan rentas yang tinggi dan cipratan tepi yang berkurangan dengan ketara. Kecekapan dan ketepatan bertambah baik.
Tenaga Fotovoltaik
Laser ultrafast mempunyai ruang aplikasi yang luas dalam pembuatan sel fotovoltaik. Sebagai contoh, dalam pembuatan bateri filem nipis CIGS, laser ultrafast boleh menggantikan proses scribing mekanikal asal dan meningkatkan kualiti scribing dengan ketara, terutamanya untuk pautan scribing P2 dan P3, yang boleh mencapai hampir tiada serpihan dan tiada retak dan tekanan baki. .
Aeroangkasa
Untuk meningkatkan prestasi dan hayat perkhidmatan bilah turbin, dan kemudian meningkatkan prestasi enjin, adalah perlu untuk menggunakan teknologi penyejukan filem udara, yang mengemukakan keperluan yang sangat tinggi untuk teknologi pemprosesan lubang filem udara. Pada 2018, Institut Optik dan Mekanik Xi'an membangunkan tenaga nadi tunggal tertinggi di China. Laser gentian femto26nd gred industri 2-watt, dan membangunkan satu siri peralatan pembuatan ekstrem laser ultra-pantas, mencapai kejayaan dalam "pemprosesan sejuk" lubang filem udara dalam bilah turbin enjin aero, mengisi jurang domestik. Kaedah pemprosesan ini lebih maju daripada EDM Ketepatan kaedah lebih tinggi, dan kadar hasil bertambah baik.
Laser ultrafast juga boleh digunakan pada pemesinan ketepatan bahan komposit bertetulang gentian, dan peningkatan ketepatan pemesinan akan membantu mengembangkan penggunaan bahan komposit seperti gentian karbon dalam aeroangkasa dan bidang mewah lain.
Bidang Penyelidikan
Teknologi pempolimeran 2-foton (2PP) ialah "nano-optik" 3D kaedah percetakan, serupa dengan teknologi prototaip cepat pengawetan cahaya, dan futuris Christopher Barnatt percaya bahawa teknologi ini mungkin menjadi bentuk arus perdana 3D percetakan pada masa hadapan. Prinsip teknologi pempolimeran 2-foton adalah untuk menyembuhkan resin fotosensitif secara terpilih dengan menggunakan "laser nadi femto2nd". Kedengarannya seperti pengawetan foto prototaip pantas, perbezaannya ialah ketebalan lapisan minimum dan resolusi paksi XY yang boleh dicapai oleh teknologi pempolimeran 2 foton adalah antara 100 nm dan 200 nm. Dengan kata lain, 2PP 3D teknologi percetakan adalah beratus-ratus kali lebih tepat daripada teknologi pengacuan pengawetan cahaya tradisional, dan perkara yang dicetak adalah lebih kecil daripada bakteria.
Pada masa ini, harga laser ultrafast masih agak mahal. Sebagai perintis dalam industri, STYLECNC telah pun mengeluarkan peralatan pemprosesan laser ultrafast dan telah mencapai maklum balas pasaran yang baik. Peralatan pemotongan ketepatan laser untuk modul OLED berdasarkan teknologi laser ultrafast, peralatan penanda laser ultrafast (picosecond/femtosecond), peralatan pemprosesan laser chamfering kaca untuk skrin paparan inframerah pico2nd, dan wafer kaca inframerah pico2nd telah dilancarkan peralatan pemotongan laser, mesin dadu tidak kelihatan automatik LED, wafer semikonduktor mesin pemotong laser, peralatan pemotongan penutup kaca untuk modul pengenalan cap jari, barisan pengeluaran besar-besaran paparan fleksibel dan satu siri produk laser ultra-pantas.
Kebaikan dan keburukan
Kelebihan
Laser ultrafast adalah salah satu arah pembangunan penting dalam bidang laser. Sebagai teknologi baru muncul, ia mempunyai kelebihan ketara dalam pemesinan mikro ketepatan. Nadi ultra-pendek yang dihasilkan oleh laser ultra-pantas berinteraksi dengan bahan untuk masa yang sangat singkat, dan tidak akan membawa haba kepada bahan-bahan di sekeliling, jadi pemprosesan laser ultra-pantas juga dipanggil pemprosesan sejuk. Ini kerana, apabila lebar nadi laser mencapai tahap pico2nd atau femto2nd, pengaruh pada gerakan terma molekul boleh dielakkan pada tahap yang besar, mengakibatkan pengaruh haba yang kurang.
Sebagai contoh, apabila kita memotong telur yang diawet dengan pisau dapur yang tumpul, kita sering memotong telur yang diawet menjadi kepingan halus. Jika anda memilih kaedah pemotongan dengan mata pisau yang sangat tajam yang memotong kekacauan dengan cepat, telur yang diawet akan dipotong sama rata dan cantik. Itulah kelebihan menjadi sangat pantas.
Kekurangan
Industri pembuatan mewah seperti litar bersepadu dan panel mempunyai keperluan yang sangat tinggi untuk peralatan pemprosesan laser, dan terdapat risiko kejayaan teknologi yang tidak sesuai dengan jangkaan.
Harga laser ultra-pantas adalah tinggi, dan beralih kepada pembekal laser baharu mempunyai risiko tidak dapat mengembangkan pasaran seperti yang dijangkakan untuk kedua-dua pengeluar peralatan laser dan pengguna paling hiliran.
