Eigenschaften, Anwendung und Marktaussichten von Ultrakurzpulslasern
2021-08-02
Tatsächlich sind Nanosekunde, Pikosekunde und Femtosekunde Zeiteinheiten, 1 ns = 10-9 s, 1 ps = 10-12 s, 1FS = 10-15 s. Diese Zeiteinheit stellt die Pulsbreite eines Laserpulses dar. Kurz gesagt, ein gepulster Laser erzeugt in so kurzer Zeit eine Leistung. Da die Zeit, die ein einzelner Impuls ausgibt, sehr, sehr kurz ist, wird ein solcher Laser als ultraschneller Laser bezeichnet. Wenn die Laserenergie in so kurzer Zeit konzentriert wird, werden eine enorme Einzelimpulsenergie und eine extrem hohe Spitzenleistung erzielt. Während der Materialbearbeitung wird das Phänomen des Materialschmelzens und der kontinuierlichen Verdampfung (thermischer Effekt), das durch lange Pulsbreiten und Laser mit geringer Intensität verursacht wird, weitgehend vermieden und die Bearbeitungsqualität kann erheblich verbessert werden.
In der Industrie werden Laser normalerweise in vier Kategorien eingeteilt: Dauerstrichlaser (CW), quasikontinuierliche Laserlaser (QCW), Kurzpulse (gütegeschaltet) und Ultrakurzpulse (modusgekoppelt). CW wird durch Multimode-CW-Faserlaser repräsentiert und nimmt den größten Teil des aktuellen Industriemarktes ein. Es wird häufig beim Schneiden, Schweißen, Plattieren und in anderen Bereichen eingesetzt. Es zeichnet sich durch eine hohe fotoelektrische Umwandlungsrate und eine schnelle Verarbeitungsgeschwindigkeit aus. Quasi-kontinuierliche Wellen, auch lange Impulse genannt, können Impulse MS ~ μ S-Ordnung mit einem Arbeitszyklus von 10 % erzeugen, wodurch die Spitzenleistung von gepulstem Licht mehr als zehnmal höher ist als die von kontinuierlichem Licht, was sehr günstig ist zum Bohren, zur Wärmebehandlung und für andere Anwendungen. Kurzer Impuls bezieht sich auf ns-Impuls, der häufig in den Bereichen Lasermarkierung, Bohren, medizinische Behandlung, Laserentfernungsmessung, Erzeugung der zweiten Harmonischen, Militär und anderen Bereichen eingesetzt wird. Ultrakurzer Puls ist das, was wir ultraschnellen Laser nennen, einschließlich Pulslaser von PS und FS.
Wenn der Laser mit einer Pulszeit von Pikosekunde und Femtosekunde auf das Material einwirkt, verändert sich der Bearbeitungseffekt erheblich. Der Femtosekundenlaser kann auf einen räumlichen Bereich fokussieren, der kleiner als der Durchmesser eines Haares ist, wodurch die Intensität des elektromagnetischen Feldes um ein Vielfaches höher ist als die Kraft der Atome, die sie umgebenden Elektronen zu kontrollieren, um so viele extreme physikalische Bedingungen zu realisieren, die auf dem Gerät nicht existieren Erde und kann nicht auf andere Weise gewonnen werden. Durch den schnellen Anstieg der Pulsenergie können Laserpulse mit hoher Leistungsdichte leicht die äußeren Elektronen ablösen, die Elektronen aus der Bindung der Atome lösen und ein Plasma bilden. Da die Wechselwirkungszeit zwischen Laser und Material sehr kurz ist, wird das Plasma von der Materialoberfläche abgetragen, bevor es Zeit hat, Energie auf die umgebenden Materialien zu übertragen, was keine thermische Wirkung auf die umgebenden Materialien hat. Daher wird die ultraschnelle Laserbearbeitung auch als „Kaltbearbeitung“ bezeichnet. Gleichzeitig können ultraschnelle Laser fast alle Materialien bearbeiten, einschließlich Metalle, Halbleiter, Diamanten, Saphire, Keramik, Polymere, Verbundwerkstoffe und Harze, Fotolackmaterialien, dünne Filme, ITO-Filme, Glas, Solarzellen usw.
Mit den Vorteilen der Kaltbearbeitung sind Kurzpuls- und Ultrakurzpulslaser in die Präzisionsbearbeitungsbereiche wie Mikro-Nanobearbeitung, medizinische Feinlaserbehandlung, Präzisionsbohren, Präzisionsschneiden usw. vorgedrungen. Da der ultrakurze Impuls die Verarbeitungsenergie sehr schnell in einen kleinen Aktionsbereich injizieren kann, ändert die sofortige Abscheidung mit hoher Energiedichte den Elektronenabsorptions- und Bewegungsmodus, vermeidet den Einfluss der linearen Laserabsorption, Energieübertragung und -diffusion und verändert den Wechselwirkungsmechanismus grundlegend zwischen Laser und Materie. Daher ist es auch zum Schwerpunkt der nichtlinearen Optik, der Laserspektroskopie, der Biomedizin und der Starkfeldoptik geworden. Die Physik der kondensierten Materie ist ein leistungsstarkes Forschungsinstrument in wissenschaftlichen Forschungsbereichen.
Im Vergleich zum Femtosekundenlaser ist es beim Pikosekundenlaser nicht erforderlich, die Impulse zur Verstärkung zu verbreitern und zu komprimieren. Daher ist das Design des Pikosekundenlasers relativ einfach, kostengünstiger, zuverlässiger und eignet sich für die hochpräzise, spannungsfreie Mikrobearbeitung auf dem Markt. Ultraschnell und ultrastark sind jedoch die beiden großen Trends in der Laserentwicklung. Auch in der medizinischen Behandlung und wissenschaftlichen Forschung bietet der Femtosekundenlaser größere Vorteile. Es ist möglich, die nächste Generation ultraschneller Laser schneller als Femtosekundenlaser zu entwickeln.
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