Apakah Laser Ultrafast?

Laser ultrafast ialah sejenis laser ultra-intens, ultra-pendek berdenyut dengan lebar nadi di bawah atau dalam tahap picosecond (10-12s), yang ditakrifkan berdasarkan bentuk gelombang keluaran tenaga. 

Nama laser adalah berdasarkan "fenomena ultrafast," yang merujuk kepada fenomena di mana sistem mikroskopik jirim berubah dengan cepat dalam proses fizikal, kimia atau biologi. 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 picosecond atau femtosecond, ia sebahagian besarnya mengelakkan sebarang pengaruh yang ada pada keseluruhan gerakan terma molekul, yang merupakan intipati mikroskopik suhu matte. Selain itu, bahan dipengaruhi dan dijana oleh skala masa getaran molekul, bermakna semasa memproses, kesan terma dikurangkan dengan banyak.

Jadual Kandungan
Jenis laser ultrafast
Komponen laser ultrafast
Aplikasi laser ultracepat
Kebaikan dan keburukan laser ultrafast

Jenis laser ultrafast

Terdapat banyak kaedah pengelasan untuk laser, dengan empat kaedah pengelasan yang paling biasa digunakan ialah pengelasan mengikut bahan kerja, pengelasan mengikut bentuk gelombang keluaran tenaga (mod kerja), pengelasan mengikut panjang gelombang keluaran (warna), dan pengelasan mengikut kuasa.

Mengikut bentuk gelombang keluaran tenaga, laser boleh dibahagikan kepada laser berterusan, laser berdenyut, dan laser separa berterusan:

Laser berterusan

Laser berterusan ialah laser yang secara berterusan mengeluarkan bentuk gelombang tenaga yang stabil semasa waktu bekerja. Ia dicirikan oleh kuasa tinggi dan keupayaannya untuk memproses bahan besar dengan takat lebur yang tinggi, seperti plat logam.

Laser berdenyut

Laser berdenyut mengeluarkan tenaga dalam bentuk denyutan. Mengikut lebar nadi, laser ini boleh dibahagikan lagi kepada laser milisaat, laser mikrosaat, peranti penutupan nanosaat, laser picosaat, laser femtosaat dan laser attosaat. Sebagai contoh, jika lebar nadi laser keluaran adalah antara 1-1000ns, ia akan dikelaskan sebagai laser nanosaat. Untuk laser picosecond, laser femtosecond, laser attosecond dan laser ultrafast, kuasa laser berdenyut jauh lebih rendah daripada laser berterusan tetapi ketepatan pemprosesan adalah lebih tinggi. Secara umum, semakin sempit lebar nadi, semakin tinggi ketepatan pemprosesan.

Laser kuasi-CW

Laser kuasi-CW ialah laser nadi yang berulang kali boleh mengeluarkan laser tenaga yang agak tinggi dalam tempoh tertentu.

Bentuk gelombang keluaran tenaga bagi tiga laser yang disebutkan 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. Jadi, 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 dapat mencapai sangat tinggi kerana pengaruh faktor termasuk kapasiti galas komponen teras dan tahap teknologi pada peringkat awal, serta fakta bahawa bahan tidak boleh dipanaskan hingga takat lebur. Faktor-faktor inilah yang mencapai tujuan pemprosesan, yang bermaksud keperluan untuk inovasi.

Inovasi ini datang dengan cara teknikal tertentu yang digunakan untuk menumpukan tenaga keluaran laser pada satu nadi. Ini menghentikan jumlah kuasa laser daripada berubah tetapi membenarkan kuasa serta-merta pada masa nadi meningkat dengan banyak dan seterusnya memenuhi keperluan pemprosesan bahan. 

Kemudian, teknologi laser berterusan secara beransur-ansur matang dan didapati bahawa laser berdenyut mempunyai kelebihan yang besar dalam ketepatan pemprosesan. Ini kerana kesan haba laser berdenyut pada bahan adalah lebih kecil; semakin sempit lebar nadi laser, semakin kecil kesan haba; dan lebih licin bahagian tepi bahan yang diproses, lebih tinggi ketepatan pemesinan yang sepadan.

Komponen laser ultrafast

Dua daripada keperluan teras untuk laser dianggap sebagai laser ultrafast ialah nadi ultrashort kestabilan tinggi dan tenaga nadi tinggi. Secara amnya, denyutan ultrashort boleh diperoleh dengan menggunakan teknologi penguncian mod, manakala tenaga denyutan tinggi boleh diperoleh dengan menggunakan teknologi penguatan CPA. 

Komponen teras yang terlibat termasuk pengayun, pengusung, penguat, dan pemampat. Antaranya, pengayun dan penguat adalah yang paling mencabar, tetapi ia juga merupakan teknologi teras di sebalik mana-mana syarikat pembuatan laser ultrafast.

Pengayun

Teknik penguncian mod digunakan untuk mendapatkan denyutan laser ultrafast dalam pengayun.

Stretcher

Pengusung meregangkan denyutan benih femtosaat mengikut masa dengan menggunakan panjang gelombang yang berbeza.

Penguat

Penguat berkicau digunakan untuk memberi tenaga sepenuhnya kepada nadi yang kini diregangkan.

Pemampat

Pemampat menyatukan spektrum yang dikuatkan bagi pelbagai komponen dan mengembalikannya kepada lebar femtosaat, dengan itu membentuk denyutan laser femtosaat dengan kuasa serta-merta yang sangat tinggi.

Aplikasi laser ultracepat

Jika dibandingkan dengan laser nanosaat dan milisaat, laser ultrafast mempunyai kuasa keseluruhan yang lebih rendah, bagaimanapun, kerana ia bertindak secara langsung pada skala masa getaran molekul bahan, laser ultrafast merealisasikan "pemprosesan sejuk" dalam erti kata sebenar, bermakna ketepatan pemprosesan yang sangat baik.

Disebabkan ciri-cirinya yang berbeza, laser berterusan berkuasa tinggi, laser berdenyut bukan ultrafast dan laser ultrafast semuanya memberikan perbezaan yang besar dalam bidang aplikasi hiliran:

Laser berterusan berkuasa tinggi (dan laser separa berterusan) digunakan untuk memotong, mensinter, kimpalan, pelapisan permukaan, penggerudian dan pencetakan 3D bahan logam.

Laser berdenyut bukan ultrafast digunakan untuk menandakan bahan bukan logam, memproses bahan silikon, membersihkan dan menjalankan ukiran ketepatan pada permukaan logam, logam kimpalan ketepatan, dan logam mesin mikro.

Laser ultrafast digunakan untuk memotong dan mengimpal bahan keras dan rapuh, serta bahan lutsinar seperti kaca, PET dan nilam. Di samping itu, ia digunakan untuk penandaan ketepatan, pembedahan oftalmik, pasif mikroskopik, dan etsa.

Dari sudut pandangan penggunaannya, laser CW berkuasa tinggi dan laser ultrafast hampir tidak mempunyai hubungan penggantian bersama. Mereka seperti kapak dan pinset, dan saiznya mempunyai kelebihan dan kekurangannya. 

Aplikasi hiliran laser berdenyut bukan ultrafast mempunyai beberapa pertindihan dengan laser berterusan dan laser ultrafast. Walau bagaimanapun, berdasarkan keputusan yang dicapai apabila di bawah aplikasi yang sama, kuasa laser berdenyut bukan ultrafast tidak sebaik laser berterusan dan ketepatannya tidak sebaik laser ultrafast. Ciri yang paling menonjol ialah prestasi kos.

Laser ultraungu nanosaat khususnya, walaupun mempunyai lebar nadi yang tidak mencapai tahap picosaat, mempunyai ketepatan pemprosesan yang lebih tinggi daripada laser nanosaat warna lain. Laser ultraungu nanosaat digunakan secara meluas dalam pemprosesan dan pembuatan produk 3C dan apabila kos laser ultrafast berkurangan pada masa hadapan, ia mungkin menduduki pasaran ultraungu nanosaat.

Laser ultrafast menyedari pemprosesan sejuk dalam erti kata sebenar dan mempunyai kelebihan ketara dalam pemprosesan ketepatan. Di samping itu, apabila teknologi pengeluaran semakin matang, kos laser ultrafast ini akan berkurangan. Atas sebab ini, laser ini dijangka akan digunakan secara meluas dalam biologi perubatan, aeroangkasa, elektronik pengguna, paparan pencahayaan, persekitaran tenaga, jentera ketepatan dan industri hiliran lain pada masa hadapan.

Kosmetologi perubatan

Laser ultrafast boleh digunakan dalam peralatan pembedahan mata perubatan dan peranti kosmetik. Sebagai contoh, laser femtosecond digunakan dalam pembedahan rabun dan dikenali, selepas teknologi penyimpangan muka gelombang, sebagai "satu lagi revolusi dalam pembedahan biasan." 

Paksi mata pesakit rabun lebih besar daripada paksi mata biasa, bermakna apabila dalam keadaan relaks, tumpuan sinaran cahaya selari oleh sistem biasan mata selepas pembiasan jatuh di hadapan retina. Pembedahan laser femtosaat boleh mengeluarkan otot berlebihan dalam dimensi paksi dan memulihkan jarak paksi kepada panjang normalnya. Pembedahan laser Femtosecond mempunyai kelebihan ketepatan yang tinggi, keselamatan yang tinggi, kestabilan yang tinggi, masa operasi yang singkat, dan keselesaan yang tinggi, yang telah menyebabkan ia 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, dan penandaan ketepatan, serta menyediakan fungsi lain dalam proses pembuatan elektronik pengguna. Nilam dan kaca terbaja, seperti yang digunakan dalam telefon bimbit, dianggap bahan keras, rapuh dan lutsinar antara bahan mentah yang digunakan dalam elektronik pengguna. 

Sapphire khususnya digunakan secara meluas dalam item seperti jam tangan pintar, penutup kamera telefon mudah alih dan penutup modul cap jari. Walau bagaimanapun, disebabkan tahap kekerasan dan kerapuhan yang tinggi, kecekapan dan kadar hasil kaedah pemesinan tradisional adalah sangat rendah. Disebabkan ini, laser ultralembap nanosaat dan laser ultrafast adalah cara teknikal utama untuk memotong nilam, dengan kesan pemprosesan laser ultrafast lebih baik daripada laser nanosaat ultraungu. Selain fungsi di atas, laser nanosaat dan picosaat juga merupakan kaedah pemprosesan utama yang digunakan oleh modul kamera dan modul cap jari. 

Laser ultrafast juga berkemungkinan besar akan menjadi teknologi arus perdana untuk pemotongan skrin telefon mudah alih yang fleksibel (skrin boleh lipat) dan penggerudian kaca 3D yang sepadan pada masa hadapan. 

Laser ultrafast juga mempunyai aplikasi penting dalam pembuatan panel, dengan kegunaan termasuk memotong polarizer OLED, dan proses pengelupasan dan pembaikan semasa pembuatan LCD/OLED.

Bahan polimer dalam pembuatan OLED sangat sensitif terhadap pengaruh haba. Selain itu, saiz dan jarak sel yang dibuat pada masa ini adalah sangat kecil, begitu juga dengan saiz pemprosesan yang tinggal. Ini bermakna proses pemotongan mati tradisional tidak lagi sesuai. Keperluan pengeluaran industri dan keperluan aplikasi untuk skrin berbentuk khas dan skrin berlubang kini berada di luar kemampuan kraf tradisional. Oleh itu, faedah yang disediakan oleh laser ultrafast adalah jelas, terutamanya apabila mempertimbangkan ultraungu picosecond atau laser femtosecond, yang mempunyai zon terjejas haba yang kecil dan lebih sesuai untuk aplikasi fleksibel seperti pemprosesan lengkung.

Kimpalan mikro

Untuk komponen media pepejal lutsinar, seperti kaca, pelbagai fenomena termasuk penyerapan bukan linear, kerosakan lebur, pembentukan plasma, ablasi, dan perambatan gentian akan berlaku apabila laser nadi ultrashort merambat dalam medium. Rajah menunjukkan pelbagai fenomena yang berlaku semasa interaksi antara laser nadi ultrashort dan bahan pepejal apabila di bawah ketumpatan kuasa dan skala masa yang berbeza.

Teknologi kimpalan mikro laser denyut ultra-pendek sangat sesuai untuk kimpalan mikro bahan lutsinar seperti kaca kerana ia tidak perlu memasukkan lapisan perantaraan, mempunyai kecekapan tinggi, ketepatan tinggi, tiada kesan terma makroskopik, dan memberikan sifat mekanikal dan optik yang ideal selepas rawatan kimpalan mikro. Sebagai contoh, penyelidik telah berjaya mengimpal penutup hujung kepada gentian optik standard dan berstruktur mikro menggunakan denyutan 70 fs, 250 kHz.

Pencahayaan paparan

Aplikasi laser ultrafast dalam bidang pencahayaan paparan terutamanya merujuk kepada scribing dan pemotongan wafer LED, yang merupakan satu lagi contoh bagaimana laser ultrafast sesuai untuk memproses bahan keras dan rapuh. Pemprosesan laser ultrafast mempunyai ketepatan dan kecekapan yang baik, serta kerataan keratan rentas yang tinggi dan cipratan tepi yang berkurangan dengan ketara. 

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 untuk meningkatkan kualiti scribing dengan ketara, terutamanya untuk pautan scribing P2 dan P3, di mana ia boleh mencapai hampir tiada serpihan, retak atau tekanan baki.

Aeroangkasa

Teknologi penyejukan filem udara diperlukan apabila cuba meningkatkan prestasi enjin dan prestasi serta hayat perkhidmatan bilah turbin yang digunakan dalam aeroangkasa. Walau bagaimanapun, ini bermakna 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 femtosaat gred industri 26 watt. Selain itu, mereka membangunkan satu siri peralatan pembuatan laser yang melampau, sangat pantas, untuk mencapai kejayaan dalam "pemprosesan sejuk" lubang filem udara dalam bilah turbin enjin aero dan dengan itu mengisi jurang domestik. Kaedah pemprosesan ini lebih maju daripada EDM, ketepatannya lebih tinggi, dan kadar hasil bertambah baik.

Laser ultrafast juga boleh digunakan pada pemesinan ketepatan bahan komposit bertetulang gentian, manakala penambahbaikan dalam ketepatan pemesinan akan membantu mengembangkan penggunaan bahan komposit seperti gentian karbon dalam aeroangkasa dan bidang mewah lain.

Bidang penyelidikan

Teknologi pempolimeran dua foton (2PP) ialah kaedah pencetakan 3D "nano-optik" serupa dengan teknologi prototaip cepat pengawetan cahaya. Futurist Christopher Barnatt percaya bahawa teknologi ini mungkin menjadi bentuk arus perdana pencetakan 3D pada masa hadapan. 

Prinsip teknologi 2PP adalah untuk menyembuhkan resin fotosensitif secara selektif dengan menggunakan "laser nadi femtosecond." Walaupun ia kelihatan serupa dengan pemotretan prototaip pantas, perbezaannya ialah ketebalan lapisan minimum dan resolusi paksi XY yang boleh dicapai oleh teknologi 2PP adalah antara 100 nm dan 200 nm. Dalam erti kata lain, teknologi pencetakan 2PP 3D adalah ratusan kali lebih tepat daripada teknologi pengacuan pengawetan cahaya tradisional dan benda yang dicetak lebih kecil daripada bakteria.

Harga laser ultrafast kekal agak mahal tetapi sebagai perintis dalam industri, STYLECNC sudah pun mengeluarkan peralatan pemprosesan laser ultrafast dan telah mencapai maklum balas pasaran yang baik. Peralatan pemotongan ketepatan laser untuk modul OLED telah dilancarkan berdasarkan teknologi laser ultrafast, peralatan penanda laser ultrafast (picosecond/femtosecond), peralatan pemprosesan laser chamfering kaca untuk skrin paparan inframerah picosecond dan wafer kaca inframerah picosecond. 

Produk yang dilancarkan terima kasih kepada teknologi ini termasuk 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 laser ultrafast

Kelebihan laser ultrafast

Laser ultrafast adalah salah satu arah pembangunan yang paling penting dalam medan laser. Sebagai teknologi baru muncul, ia mempunyai kelebihan ketara dalam pemesinan mikro ketepatan. 

Nadi ultra-pendek yang dihasilkan oleh laser ultra-pantas bermakna laser itu sendiri hanya berinteraksi dengan bahan untuk masa yang sangat singkat dan oleh itu tidak akan membawa haba kepada bahan-bahan di sekeliling. Di samping itu, apabila lebar nadi laser mencapai tahap picosecond atau femtosecond, pengaruh pada gerakan terma molekul boleh dielakkan sebahagian besarnya, mengakibatkan pengaruh haba yang kurang. Atas sebab ini, pemprosesan laser ultra-pantas juga dipanggil "pemprosesan sejuk."

Contoh grafik yang menunjukkan kelebihan laser yang sangat pantas adalah apabila kita memotong telur yang diawet dengan pisau dapur yang tumpul. Kami sering memotong telur yang diawet menjadi kepingan halus, jadi jika anda memilih mata pisau tajam yang memotong dengan cepat sebaliknya, telur yang diawet akan dipotong sama rata dan cantik. 

Keburukan laser ultrafast

Industri pembuatan mewah, seperti yang membuat litar dan panel bersepadu, mempunyai keperluan yang sangat tinggi untuk peralatan pemprosesan laser dan terdapat risiko kejayaan teknologi baharu yang tidak dijangkakan.

Harga laser ultra-pantas adalah tinggi dan bertukar kepada pembekal laser baharu menimbulkan risiko tidak dapat mengembangkan pasaran seperti yang dijangkakan oleh kedua-dua pengeluar peralatan laser dan pengguna akhir. 

Sumber daripada stylecnc.com

Penafian: Maklumat yang dinyatakan di atas disediakan oleh stylecnc secara bebas daripada Chovm.com. Chovm.com tidak membuat perwakilan dan jaminan tentang kualiti dan kebolehpercayaan penjual dan produk.