aniqlash
Ultrafast lazer - bu energiya chiqishi to'lqin shakli asosida aniqlanadigan puls kengligi pico2-darajadan (10-12s) kamroq yoki uning ichida bo'lgan ultra qizg'in ultra qisqa pulsli lazer turi. Ushbu ta'rif "ultrafast hodisalar" bilan bog'liq. Ultrafast hodisa deganda fizik, kimyoviy yoki biologik jarayonda sodir boʻladigan, moddaning mikroskopik tizimida tez oʻzgarib turadigan hodisa tushuniladi. Atom va molekulyar tizimda atomlar va molekulalar harakatining vaqt shkalasi pikosekundlardan femtosekundlarga qadar bo'ladi. Masalan, molekulyar aylanish davri pikosekundlar, tebranish davri esa femtosekundlar darajasida. Lazer pulsining kengligi piko2 yoki femtosekund darajasiga yetganda, u molekulalarning umumiy termal harakati (molekulalarning issiqlik harakati materiya haroratining mikroskopik mohiyatidir) ta'siridan sezilarli darajada qochishi mumkin va material molekulyar tebranishning vaqt shkalasida hosil bo'ladi. Ta'sir qilish, shuning uchun ishlov berish maqsadiga erishish bilan birga, termal effekt sezilarli darajada kamayadi.
turlari
Lazerlarni tasniflashning ko'plab usullari mavjud bo'lib, ular orasida eng ko'p ishlatiladigan 4 ta tasniflash usullari mavjud, ular orasida ishchi modda bo'yicha tasniflash, energiya chiqishi to'lqin shakli bo'yicha tasniflash (ish rejimi), chiqish to'lqin uzunligi (rangi) bo'yicha tasniflash va quvvat bo'yicha tasniflash mavjud.
Ular orasida energiya chiqishi to'lqin shakliga ko'ra lazerlarni uzluksiz lazerlarga, impulsli lazerlarga va kvazi uzluksiz lazerlarga bo'lish mumkin:
Uzluksiz lazer
Bu ish vaqtida barqaror energiya to'lqin shakllarini doimiy ravishda chiqaradigan lazerdir. U yuqori quvvat bilan ajralib turadi va metall plitalar kabi katta hajmli va yuqori erish nuqtasi bo'lgan materiallarni qayta ishlay oladi.
Pulsed lazer
U energiyani impulslar shaklida chiqaradi. Impuls kengligiga ko'ra, uni milli2nd lazerlarga, micro2nd lazerlarga, nano2nd o'chirish moslamalariga, pico2nd lazerlarga, femto2nd lazerlarga va atto2nd lazerlarga bo'lish mumkin; masalan, agar impuls lazeri Chiqish lazerining zarba kengligi 1-1000ns oralig'ida bo'lsa, biz nano2-lazerlar deb ataymiz va hokazo. Biz pico2nd lazerlar, femto2nd lazerlar, atto2nd lazerlar va ultrafast lazerlar deb ataymiz. Impulsli lazerning kuchi uzluksiz lazerga qaraganda ancha past, lekin ishlov berish aniqligi doimiy lazerga qaraganda yuqori va umuman olganda, zarba kengligi qanchalik tor bo'lsa, ishlov berish aniqligi shunchalik yuqori bo'ladi.
Kvazi-CW lazer
U ma'lum bir vaqt ichida nisbatan yuqori energiyali lazerni qayta-qayta chiqarishi mumkin va u nazariy jihatdan impuls lazeridir.
Yuqoridagi 3 ta lazerning energiya chiqishi to'lqin shakllarini "vazifa aylanishi" parametri bilan ham tavsiflash mumkin. Lazer uchun ish aylanishi lazer energiyasini chiqarish vaqtining impuls siklidagi umumiy vaqtga nisbati sifatida talqin qilinishi mumkin.
CW lazer ish aylanishi (=1) > kvazi-CW lazer ish aylanishi > impulsli lazer ish aylanishi. Odatda, impulsli lazerning zarba kengligi qanchalik tor bo'lsa, ish aylanishi shunchalik past bo'ladi.
Materiallarni qayta ishlash sohasida impulsli lazerlar dastlab uzluksiz lazerlarning o'tish mahsuloti edi. Buning sababi shundaki, asosiy komponentlarning yuk ko'tarish qobiliyati va dastlabki bosqichda texnologiya darajasi kabi omillarning ta'siri tufayli uzluksiz lazerlarning chiqish quvvati juda yuqori bo'lishi mumkin emas va materialni erish nuqtasiga qizdirib bo'lmaydi. Yuqoridagi ishlov berish maqsadiga erishadi. Agar lazerning chiqish energiyasini bitta impulsga jamlash uchun ma'lum texnik vositalar ishlatilsa, lazerning umumiy quvvati o'zgarmasa-da, impuls vaqtidagi oniy quvvat sezilarli darajada oshadi, bu materialni qayta ishlash talablarini qondiradi. Keyinchalik uzluksiz lazer texnologiyasi asta-sekin etuklashdi va impulsli lazerning ishlov berish aniqligida katta afzalliklarga ega ekanligi aniqlandi. Buning sababi shundaki, impulsli lazerning materiallarga termal ta'siri kichikroq va lazer pulsining kengligi qanchalik tor bo'lsa, termal effekt shunchalik kichik bo'ladi va ishlov beriladigan materialning qirrasi qanchalik silliq bo'lsa, mos keladigan ishlov berish aniqligi yuqori bo'ladi.
komponentlar
Ultra tezkor lazerlarning ikkita asosiy talablari: yuqori barqarorlik ultra qisqa puls va yuqori puls energiyasi. Umuman olganda, rejimni blokirovkalash texnologiyasidan foydalangan holda ultra qisqa impulslarni olish mumkin va CPA kuchaytirish texnologiyasidan foydalangan holda yuqori impuls energiyasini olish mumkin. Asosiy tarkibiy qismlarga osilatorlar, zambillar, kuchaytirgichlar va kompressorlar kiradi. Ular orasida osilator va kuchaytirgich texnologiyasi eng qiyin bo'lib, ular ham ultra tezkor lazer ishlab chiqaruvchi kompaniyaning asosiy texnologiyasidir.
Osilator
Osilatorda rejimni blokirovka qilish texnikasi yordamida ultratezkor lazer impulslari olinadi.
Stretch
Nosilka femto2-chi urug 'pulslarini turli to'lqin uzunliklari bilan bir-biridan ajratib turadi.
Kuchaytirgich
Bu cho'zilgan pulsni to'liq quvvatlantirish uchun chirped kuchaytirgich ishlatiladi.
Kompressor
Kompressor turli komponentlarning kuchaytirilgan spektrlarini birlashtiradi va ularni femto2-kengligiga qaytaradi, shu bilan juda yuqori lahzali quvvatga ega bo'lgan femto2-lazer impulslarini hosil qiladi.
ilovalar
Nano2nd va milli2nd lazerlar bilan solishtirganda, ultrafast lazerlarning umumiy quvvati pastroq bo'lsa-da, chunki u to'g'ridan-to'g'ri moddiy molekulyar tebranishlarning vaqt shkalasiga ta'sir qiladi, u haqiqiy ma'noda "sovuq ishlov berish" ni amalga oshiradi, shuning uchun ishlov berish aniqligi sezilarli darajada yaxshilanadi.
Turli xarakteristikalar tufayli yuqori quvvatli uzluksiz lazerlar, ultrafast bo'lmagan impulsli lazerlar va o'ta tezkor lazerlar quyi oqimdagi qo'llash sohalarida katta farqlarga ega:
Yuqori quvvatli uzluksiz lazerlar (va yarim uzluksiz lazerlar) kesish, sinterlash, payvandlash, sirt qoplamasi, burg'ulash, 3D metall materiallarni bosib chiqarish.
Non-ultrafast impulsli lazerlar metall bo'lmagan materiallarni markalash, kremniy materiallarni qayta ishlash, aniq o'yma metall yuzalarni tozalash, metall yuzalarni tozalash, metallarni nozik payvandlash, metallarni mikromexanik ishlov berish.
Ultrafast lazerlar shisha, PET va sapfir kabi shaffof materiallarni, shuningdek qattiq va mo'rt materiallarni kesish va payvandlash uchun ishlatiladi. aniq belgilash, oftalmik jarrohlik, mikroskopik passivatsiya va materiallarni qirqish.
Foydalanish nuqtai nazaridan, yuqori quvvatli CW lazerlari va ultra tezkor lazerlar deyarli o'zaro almashtirish aloqasiga ega emas. Ular bolta va cımbızga o'xshaydi va ularning o'lchamlari o'zining afzalliklari va kamchiliklariga ega. Ultrafast bo'lmagan impulsli lazerlarning quyi oqimdagi qo'llanilishi uzluksiz lazerlar va o'ta tezkor lazerlar bilan bir-biriga mos keladi. Haqiqiy natijalarga ko'ra, xuddi shu dastur ostida uning kuchi uzluksiz lazerlarniki kabi yaxshi emas va uning aniqligi ultra tez lazerlarniki kabi yaxshi emas. Xarajat ko'rsatkichlari qanchalik muhimroq.
Ayniqsa, nano2nd ultrabinafsha lazer, uning zarba kengligi pico2-darajaga etib bormasa-da, lekin ishlov berish aniqligi boshqa rangli nano2-lazerlarga nisbatan ancha yaxshilangan, u 3C mahsulotlarini qayta ishlash va ishlab chiqarishda keng qo'llanilgan. Kelajakda ultratezkor lazerlarning narxi pasayganligi sababli, u nano2-chi ultrabinafsha bozorini egallashi mumkin.
Ultrafast lazerlar sovuq ishlov berishni haqiqiy ma'noda amalga oshiradi va aniq ishlov berishda muhim afzalliklarga ega. Ultrafast lazerlarni ishlab chiqarish texnologiyasi asta-sekin etuk bo'lganda, xarajat asta-sekin kamayadi. Kelajakda u tibbiy biologiya, aerokosmik, maishiy elektronika, yorug'lik displeyi, energiya muhiti, nozik mashinalar va boshqa quyi oqim sohalarida keng qo'llanilishi kutilmoqda.
Tibbiy kosmetologiya
Ultrafast lazerlar tibbiy ko'z jarrohlik uskunalari va kosmetika asboblarida qo'llanilishi mumkin. Femto2nd lazer miyopiya jarrohligida qo'llaniladi va to'lqinli aberatsiya texnologiyasidan so'ng "refraksion jarrohlikdagi yana bir inqilob" sifatida tanilgan. Miyopik bemorlarning ko'z o'qi odatdagi ko'z o'qidan kattaroqdir, shuning uchun ko'z olmasining bo'shashishi holatida ko'zning sinishi tizimi tomonidan sinishidan keyin parallel yorug'lik nurlarining fokusi to'r pardaning oldiga tushadi. Femto2nd lazer jarrohligi eksenel o'lchamdagi ortiqcha mushaklarni olib tashlashi va eksenel masofani normal holatga qaytarishi mumkin. Femto2nd lazer jarrohligi yuqori aniqlik, yuqori xavfsizlik, yuqori barqarorlik, qisqa ishlash muddati va yuqori qulaylik afzalliklariga ega va eng asosiy miyopi jarrohlik usullaridan biriga aylandi.
Go'zallik nuqtai nazaridan, ultra tez lazerlar pigment va mahalliy mollarni olib tashlash, tatuirovkalarni olib tashlash va terining qarishini yaxshilash uchun ishlatilishi mumkin.
Consumer Electronics
Ultrafast lazerlar iste'molchi elektronikasini ishlab chiqarish jarayonida qattiq va mo'rt shaffof materiallarni qayta ishlash, yupqa plyonkalarni qayta ishlash, nozik markalash va boshqalar uchun javob beradi. Mobil telefon temperli shisha va safir yuqori qattiqlik va yuqori mo'rtligi tufayli iste'molchi elektronikasi xom ashyosida qattiq, mo'rt va shaffof materiallarning vakili bo'lib, an'anaviy ishlov berish usullarining samaradorligi va rentabelligi juda past; safir hozirda keng tarqalgan bo'lib qo'llaniladi, u aqlli soatlar, mobil telefon kamerasi qopqoqlari, barmoq izi moduli qopqoqlari va boshqalarda keng qo'llaniladi; nano2nd ultrabinafsha lazer va ultrafast lazer hozirgi vaqtda safirni kesish uchun asosiy texnik vositadir va ultrafast lazerning qayta ishlash effekti ultrabinafsha nano2-lazerga qaraganda yaxshiroq. Bundan tashqari, kamera modullari va barmoq izlari modullari tomonidan ishlatiladigan ishlov berish usullari asosan nano2nd va pico2nd lazerlardir. Moslashuvchan mobil telefon ekranlarini kesish uchun (katlanadigan ekranlar) va mos keladigan 3D kelajakda shisha burg'ulash, asosiy texnologiya, ehtimol, ultratez lazerlar bo'ladi.
Ultrafast lazerlar panel ishlab chiqarishda ham muhim ilovalarga ega. Ultrafast lazerlar OLED polarizatorlarini kesish, tozalash va LCD/OLED ishlab chiqarish jarayonida ta'mirlash uchun ishlatilishi mumkin.
OLED uchun uning polimer materiallari issiqlik ta'siriga ayniqsa sezgir. Bundan tashqari, hozirda ishlab chiqarilgan hujayralarning o'lchami va oralig'i juda kichik, qolgan ishlov berish hajmi ham juda kichik. Avvalgi kabi an'anaviy kesish jarayoni bugungi kunga mos kelmaydi. Sanoatning ishlab chiqarish ehtiyojlari va endi an'anaviy hunarmandchilik imkoniyatlaridan tashqarida bo'lgan maxsus shaklli ekranlar va teshilgan ekranlar uchun dastur talablari mavjud. Shu tarzda, ultrafast lazerlarning afzalliklari, ayniqsa, kichik issiqlik ta'sir qiladigan zonaga ega bo'lgan va egri ishlov berish kabi moslashuvchan ilovalar uchun ko'proq mos keladigan pico2nd ultrabinafsha yoki hatto femto2nd lazerlarning afzalliklari aks ettiriladi.
Mikro payvandlash
Shisha kabi shaffof qattiq muhit uchun ultraqisqa pulsli lazer muhitda tarqalganda chiziqli bo'lmagan yutilish, erish shikastlanishi, plazma hosil bo'lishi, ablasyon va tolaning tarqalishi kabi turli hodisalar yuzaga keladi. Rasmda ultra qisqa pulsli lazer va turli quvvat zichligi va vaqt shkalasi ostida qattiq material o'rtasidagi o'zaro ta'sirda yuzaga keladigan turli hodisalar ko'rsatilgan.
Ultra qisqa pulsli lazerli mikro-payvandlash texnologiyasi oraliq qatlamni kiritishga hojat yo'qligi, yuqori samaradorlik, yuqori aniqlik, makroskopik termal ta'sirga ega emasligi va mikro-payvandlashdan keyin nisbatan ideal mexanik va optik xususiyatlarga ega bo'lgani uchun, shisha kabi shaffof materiallarni mikro-payvandlash uchun juda mos keladi. Misol uchun, tadqiqotchilar 70 fs, 250 kHz impulslar yordamida standart va mikro tuzilmali optik tolalarga so'nggi qopqoqlarni muvaffaqiyatli payvandladilar.
Displey yoritgichi
Displeyni yoritish sohasida ultrafast lazerlarni qo'llash asosan LED gofretlarini yozish va kesishga tegishli. Bu qattiq va mo'rt materiallarni qayta ishlash uchun mos keladigan ultratez lazerlarning yana bir misolidir. Ultrafast lazer bilan ishlov berish yuqori kesma tekisligiga ega va chekka parchalanishni sezilarli darajada kamaytiradi. Samaradorlik va aniqlik sezilarli darajada yaxshilanadi.
Fotovoltaik energiya
Ultrafast lazerlar fotovoltaik hujayralarni ishlab chiqarishda keng qo'llanilishi mumkin. Misol uchun, CIGS yupqa plyonkali akkumulyatorlarini ishlab chiqarishda o'ta tezkor lazerlar asl mexanik chizish jarayonini almashtirishi va yozish sifatini sezilarli darajada yaxshilashi mumkin, ayniqsa P2 va P3 skriping havolalari uchun, bu deyarli hech qanday chipping va yoriqlar va qoldiq stressga erisha olmaydi.
Aerospace
Turbina pichoqlarining ishlashi va xizmat qilish muddatini yaxshilash, keyin esa dvigatelning ish faoliyatini yaxshilash uchun havo plyonkasi teshigini qayta ishlash texnologiyasiga juda yuqori talablarni qo'yadigan havo plyonkali sovutish texnologiyasini qabul qilish kerak. 2018 yilda Sian optika va mexanika instituti Xitoyda eng yuqori yagona impuls energiyasini ishlab chiqdi. 26 vattli sanoat darajasidagi femto2nd tolali lazer va bir qator ultra tez lazerli ekstremal ishlab chiqarish uskunalarini ishlab chiqdi, aero-dvigatel turbinasi pichoqlaridagi havo plyonkasi teshiklarini "sovuq qayta ishlash" bo'yicha yutuqga erishdi va ichki bo'shliqni to'ldirdi. Ushbu qayta ishlash usuli EDMga qaraganda ancha rivojlangan. Usulning aniqligi yuqori va rentabellik darajasi sezilarli darajada yaxshilanadi.
Ultrafast lazerlar tola bilan mustahkamlangan kompozit materiallarni nozik ishlov berish uchun ham qo'llanilishi mumkin va ishlov berishning aniqligini oshirish aerokosmik va boshqa yuqori darajadagi sohalarda uglerod tolasi kabi kompozit materiallarni qo'llashni kengaytirishga yordam beradi.
Tadqiqot maydoni
2-fotonli polimerizatsiya texnologiyasi (2PP) "nano-optik" 3D yorug'lik bilan mustahkamlovchi tez prototiplash texnologiyasiga o'xshash bosib chiqarish usuli va futurolog Kristofer Barnatt bu texnologiyaning asosiy shakliga aylanishi mumkin deb hisoblaydi. 3D kelajakda chop etish. 2-fotonli polimerizatsiya texnologiyasining printsipi "femto2nd puls lazer" yordamida fotosensitiv qatronlarni tanlab davolashdir. Bu tezkor prototiplarni fotokursiyalash kabi ko'rinadi, farq shundaki, 2-fotonli polimerizatsiya texnologiyasi erisha oladigan qatlamning minimal qalinligi va XY o'qi o'lchamlari 100 nm va 200 nm orasida. Boshqacha aytganda, 2PP 3D bosib chiqarish texnologiyasi an'anaviy nurga chidamli kalıplama texnologiyasidan yuzlab marta aniqroq va bosilgan narsalar bakteriyalardan kichikroq.
Hozirgi vaqtda ultra tezkor lazerlarning narxi hali ham nisbatan qimmat. Sanoatda kashshof sifatida, STYLECNC allaqachon ultrafast lazerli ishlov berish uskunalarini ishlab chiqaradi va yaxshi bozor mulohazasiga erishdi. Ultrafast lazer texnologiyasiga asoslangan OLED modullari uchun lazerli nozik kesish uskunalari, ultratezkor (pikosoniya/femtosekund) lazer markalash uskunasi, pico2-infraqizil displey ekranlari uchun shisha chayqash lazerini qayta ishlash uskunalari va pico2-infraqizil shisha gofretlari lazerli kesish uskunalari, LED avtomatik vafli ko'rinmas yarimkonli mashinalar ishga tushirildi. lazerli kesish mashinasi, barmoq izini identifikatsiyalash modullari uchun shisha qopqoqni kesish uskunasi, moslashuvchan displeyli ommaviy ishlab chiqarish liniyalari va bir qator ultra tezkor lazer mahsulotlari.
Taroziga soling
Taroziga
Ultrafast lazer lazer sohasidagi rivojlanishning muhim yo'nalishlaridan biridir. Rivojlanayotgan texnologiya sifatida u nozik mikro ishlov berishda muhim afzalliklarga ega. Ultra tezkor lazer tomonidan yaratilgan ultra qisqa puls material bilan juda qisqa vaqt davomida o'zaro ta'sir qiladi va atrofdagi materiallarga issiqlik keltirmaydi, shuning uchun ultra tez lazer bilan ishlov berish sovuq ishlov berish deb ham ataladi. Buning sababi shundaki, lazer pulsining kengligi piko2 yoki femto2 darajaga yetganda, molekulyar termal harakatga ta'sir qilishdan katta darajada qochish mumkin, bu esa kamroq termal ta'sirga olib keladi.
Misol uchun, konservalangan tuxumni to'mtoq oshxona pichog'i bilan kesib tashlaganimizda, biz ko'pincha konservalangan tuxumni mayda bo'laklarga bo'lamiz. Agar siz tartibsizlikni tezda kesadigan, ayniqsa, o'tkir pichoq qirrasi bilan kesish usulini tanlasangiz, saqlangan tuxumlar teng va chiroyli tarzda kesiladi. Bu juda tez bo'lishning afzalligi.
Kamchiliklari
Integral mikrosxemalar va panellar kabi yuqori darajadagi ishlab chiqarish tarmoqlari lazerli ishlov berish uskunalariga juda yuqori talablarga ega va texnologik yutuqlar kutilganidan past bo'lish xavfi mavjud.
Ultra tezkor lazerlarning narxi yuqori va yangi lazer yetkazib beruvchiga o'tish lazer uskunalari ishlab chiqaruvchilari va eng quyi oqim foydalanuvchilari uchun kutilganidek bozorni kengaytira olmaslik xavfiga ega.
