Дефиниција
Ултрабрзи ласер је тип ултра-интензивног ултра-кратког пулсног ласера са ширином импулса мањом од или унутар пико2. нивоа (10-12с), који се дефинише на основу таласног облика излазне енергије. Ова дефиниција се односи на „ултрабрзе појаве”. Ултрабрзи феномен се односи на феномен који се јавља у физичком, хемијском или биолошком процесу који се брзо мења у микроскопском систему материје. У атомском и молекуларном систему, временска скала кретања атома и молекула је реда величине од пикосекунди до фемтосекунде. На пример, период молекуларне ротације је реда величине пикосекунди, а период вибрације је реда фемтосекунди. Када ширина ласерског импулса достигне ниво пико2 или фемтосекунде, може се у великој мери избећи утицај на укупно топлотно кретање молекула (термичко кретање молекула је микроскопска суштина температуре материје), а материјал се генерише на временској скали молекуларне вибрације. Утицај, тако да се при постизању сврхе обраде топлотни ефекат у великој мери смањује.
Типови
Постоји много метода класификације за ласере, међу којима постоје 4 најчешће коришћене методе класификације, укључујући класификацију према радној супстанци, класификацију према таласном облику излазне енергије (радни режим), класификацију према излазној таласној дужини (боја) и класификацију по снази.
Међу њима, према таласном облику излазне енергије, ласери се могу поделити на континуиране ласере, импулсне ласере и квази-континуалне ласере:
Цонтинуоус Ласер
То је ласер који континуирано емитује стабилне таласне облике енергије током радног времена. Одликује се великом снагом и може да обрађује материјале велике запремине и високе тачке топљења, као што су металне плоче.
Пулсед Ласер
Он производи енергију у облику импулса. Према ширини импулса, може се даље поделити на милли2нд ласере, микро2нд ласере, нано2нд схутдовн уређаје, пицо2нд ласере, фемто2нд ласере и атто2нд ласере; на пример, ако је пулсни ласер Ширина импулса излазног ласера је између 1-1000нс, што називамо нано2нд ласерима, итд. Ми зовемо пицо2нд ласери, фемто2нд ласери, атто2нд ласери и ултрабрзи ласери. Снага импулсног ласера је много мања од снаге континуираног ласера, али је тачност обраде већа од оне код континуираног ласера, и уопште, што је ширина импулса ужа, то је већа тачност обраде.
Квази-ЦВ ласер
Може више пута да емитује релативно високоенергетски ласер у одређеном периоду, а такође је и пулсни ласер у теорији.
Таласни облици излазне енергије горња 3 ласера се такође могу описати параметром "радни циклус". За ласер, радни циклус се може тумачити као однос времена излазне енергије ласера у односу на укупно време у циклусу импулса.
Радни циклус ЦВ ласера (=1) > квази-ЦВ ласерски радни циклус > пулсни радни циклус ласера. Генерално, што је ширина импулса пулсирајућег ласера ужа, то је нижи циклус рада.
У области обраде материјала, импулсни ласери су у почетку били прелазни производ континуалних ласера. То је зато што излазна снага континуираних ласера не може бити веома висока због утицаја фактора као што су носивост компоненти језгра и ниво технологије у раној фази, а материјал се не може загрејати до тачке топљења. Наведеним се постиже сврха обраде. Уколико се одређеним техничким средствима концентрише излазна енергија ласера на један импулс, тако да се, иако се укупна снага ласера не мења, тренутна снага у тренутку импулса знатно повећава, што задовољава захтеве обраде материјала. Касније је технологија континуираног ласера постепено сазревала, па се показало да пулсни ласер има велику предност у тачности обраде. То је зато што је топлотни ефекат импулсног ласера на материјале мањи, а што је ужа ширина ласерског импулса, то је мањи термички ефекат и што је ивица обрађеног материјала глаткија, одговарајућа тачност обраде је већа.
komponente
2 основна захтева ултрабрзих ласера: висока стабилност ултракратких импулса и висока енергија импулса. Генерално, ултракратки импулси се могу добити коришћењем технологије закључавања мода, а висока енергија импулса се може добити коришћењем технологије ЦПА појачања. Укључене основне компоненте укључују осцилаторе, стретцхере, појачала и компресоре. Међу њима, технологија осцилатора и појачала су најтежа, а такође су и основна технологија компаније за производњу ултрабрзог ласера.
Осцилатор
У осцилатору се ултрабрзи ласерски импулси добијају помоћу технике закључавања мода.
Носила
Носилац развлачи фемто2. импулсе семена у времену за различите таласне дужине.
појачало
За потпуну енергетизацију овог растегнутог импулса користи се појачало са чичкањем.
Компресор
Компресор спаја појачане спектре различитих компоненти и враћа их на фемто2. ширину, формирајући тако фемто2. ласерске импулсе са изузетно великом тренутном снагом.
Примене
У поређењу са нано2нд и милли2нд ласерима, иако је укупна снага ултрабрзих ласера мања, јер директно делује на временску скалу молекуларних вибрација материјала, остварује „хладну обраду“ у правом смислу, тако да је тачност обраде знатно побољшана.
Због различитих карактеристика, континуални ласери велике снаге, неултрабрзи пулсни ласери и ултрабрзи ласери имају велике разлике у областима примене у наставку:
Континуални ласери велике снаге (и квази-континуални ласери) се користе за сечење, синтеровање, заваривање, облагање површина, бушење, 3D штампање металних материјала.
Неултрабрзи пулсни ласери се користе за обележавање неметалних материјала, обраду силицијумских материјала, прецизно гравирање металних површина, чишћење металних површина, прецизно заваривање метала, микромашинска обрада метала.
Ултрабрзи ласери се користе за сечење и заваривање провидних материјала као што су стакло, ПЕТ и сафир и тврдих и крхких материјала, прецизно обележавање, офталмолошка хирургија, микроскопска пасивација и јеткање материјала.
Са становишта употребе, ЦВ ласери велике снаге и ултрабрзи ласери немају скоро никакву међусобну супституцију. Они су попут секира и пинцета, а њихове величине имају своје предности и мане. Низводне примене неултрабрзих импулсних ласера имају извесно преклапање са континуираним ласерима и ултрабрзим ласерима. Из стварних резултата, под истом применом, његова снага није тако добра као код континуираних ласера, а његова прецизност није тако добра као код ултрабрзих ласера. Што је истакнутији учинак трошкова.
Посебно нано2нд ултраљубичасти ласер, иако његова ширина импулса не достиже пицо2нд ниво, али је тачност обраде знатно побољшана у поређењу са другим нано2нд ласерима у боји, широко се користи у обради и производњи 3Ц производа. У будућности, како се цена ултрабрзих ласера смањује, он може заузети нано2. ултраљубичасто тржиште.
Ултрабрзи ласери остварују хладну обраду у правом смислу и имају значајне предности у прецизној обради. Како технологија производње ултрабрзих ласера постепено сазрева, цена се постепено смањује. У будућности се очекује да ће се широко користити у медицинској биологији, ваздухопловству, потрошачкој електроници, дисплеју за осветљење, енергетском окружењу, прецизним машинама и другим индустријама које се налазе у низу.
Медицал Цосметологи
Ултрабрзи ласери се могу користити у медицинској опреми за хирургију очију и козметичким уређајима. Фемто2нд ласер се користи у хирургији миопије и познат је као "још једна револуција у рефрактивној хирургији" након технологије аберације таласног фронта. Оса ока код кратковидних пацијената је већа од нормалне очне осе, тако да у стању релаксације очне јабучице фокус паралелних светлосних зрака након преламања рефрактивним системом ока пада испред мрежњаче. Фемто2. ласерска операција може уклонити вишак мишића у аксијалној димензији и вратити аксијалну удаљеност на нормалу. Фемто2нд ласерска хирургија има предности високе тачности, високе сигурности, високе стабилности, кратког времена рада и велике удобности, и постала је једна од најчешћих метода хирургије миопије.
Што се тиче лепоте, ултрабрзи ласери се могу користити за уклањање пигмента и домаћих младежа, уклањање тетоважа и побољшање старења коже.
Електроника
Ултрабрзи ласери су погодни за обраду тврдих и крхких провидних материјала, обраду танког филма, прецизно обележавање итд. у процесу производње потрошачке електронике. Каљено стакло за мобилни телефон и сафир су репрезентативни тврди, ломљиви и провидни материјали у сировинама потрошачке електронике, посебно сафир, због своје високе тврдоће и велике крхкости, ефикасност и стопа приноса традиционалних метода обраде су веома ниски; сафир се сада широко користи. Широко се користи у паметним сатовима, поклопцима камере мобилних телефона, поклопцима модула за отисак прста итд.; нано2нд ултраљубичасти ласер и ултрабрзи ласер су тренутно главна техничка средства за сечење сафира, а ефекат обраде ултрабрзог ласера је бољи од ултраљубичастог нано2нд ласера. Поред тога, методе обраде које користе модули камере и модули отиска прста су углавном нано2нд и пицо2нд ласери. За сечење флексибилних екрана мобилних телефона (склопиви екрани) и одговарајућих 3D бушење стакла у будућности, главна технологија ће највероватније бити ултрабрзи ласери.
Ултрабрзи ласери такође имају важну примену у производњи панела. Ултрабрзи ласери се могу користити за сечење ОЛЕД поларизатора, љуштење и поправку током ЛЦД/ОЛЕД производње.
За ОЛЕД, његови полимерни материјали су посебно осетљиви на топлотне утицаје. Поред тога, величина и размак ћелија које се тренутно праве су веома мали, а преостала величина обраде је такође веома мала. Традиционални процес сечења као раније више није прикладан за данас. Производне потребе индустрије, а сада постоје захтеви за примену паравана специјалног облика и перфорираних паравана, који су изван могућности традиционалних заната. На овај начин се огледају предности ултрабрзих ласера, посебно пико2. ултраљубичастих или чак фемто2. ласера, који имају малу зону топлотног утицаја и погоднији су за флексибилније примене као што је обрада кривих.
Мицро Велдинг
За провидне чврсте медије као што је стакло, различите појаве као што су нелинеарна апсорпција, оштећење топљења, формирање плазме, аблација и ширење влакана ће се појавити када се ласер ултра кратког импулса шири у медијуму. На слици су приказани различити феномени који се јављају у интеракцији између ултракратког пулсног ласера и чврстог материјала под различитим густинама снаге и временским скалама.
Због тога што технологија ултра-кратког импулса ласерског микро-заваривања не захтева уметање међуслоја, има високу ефикасност, високу прецизност, нема макроскопски термички ефекат и има релативно идеалне механичке и оптичке особине након третмана микро заваривања, веома је погодна за микро-заваривање провидних материјала као што је стакло. На пример, истраживачи су успешно заварили завршне поклопце на стандардна и микроструктурирана оптичка влакна користећи импулсе од 70 фс, 250 кХз.
Дисплаи Лигхтинг
Примена ултрабрзих ласера у области осветљења дисплеја углавном се односи на сцрибинг и сечење ЛЕД плочица. Ово је још један пример ултрабрзих ласера који су погодни за обраду тврдих и крхких материјала. Ултрабрза ласерска обрада има високу равност попречног пресека и значајно смањено ломљење ивица. Ефикасност и тачност су знатно побољшане.
Пхотоволтаиц Енерги
Ултрабрзи ласери имају широк простор за примену у производњи фотонапонских ћелија. На пример, у производњи ЦИГС танкослојних батерија, ултрабрзи ласери могу заменити оригинални механички процес сцрибинга и значајно побољшати квалитет сцрибинг-а, посебно за П2 и П3 везе за урезивање, чиме се може постићи скоро да нема ломљења и пукотина и заосталих напрезања.
ваздушно-космички простор
Да би се побољшале перформансе и радни век лопатица турбине, а затим побољшале перформансе мотора, неопходно је усвојити технологију хлађења ваздушним филмом, која поставља изузетно високе захтеве за технологију обраде рупа ваздушног филма. У 2018. Институт за оптику и механику Си'ан развио је највећу енергију појединачног импулса у Кини. 26-ватни индустријски фемто2. ласер са влакнима, и развио серију ултра-брзе ласерске опреме за екстремну производњу, постигао је пробој у "хладној обради" рупа ваздушног филма у лопатицама турбине аеромотора, попуњавајући домаћу празнину. Ова метода обраде је напреднија од ЕДМ-а. Тачност методе је већа, а стопа приноса је знатно побољшана.
Ултрабрзи ласери се такође могу применити на прецизну машинску обраду композитних материјала ојачаних влакнима, а побољшање тачности обраде помоћи ће да се прошири примена композитних материјала као што су угљенична влакна у ваздухопловству и другим врхунским областима.
Ресеарцх Фиелд
Технологија 2-фотонске полимеризације (2ПП) је "нано-оптичка" 3D метода штампања, слична технологији брзог очвршћавања прототипа, а футуриста Кристофер Барнат верује да би ова технологија могла постати главни облик 3D штампање у будућности. Принцип технологије 2-фотонске полимеризације је селективно очвршћавање фотоосетљиве смоле коришћењем "фемто2. пулсног ласера". Звучи као брзо фотоочвршћавање прототипова, разлика је у томе што су минимална дебљина слоја и резолуција КСИ осе коју технологија 2-фотонске полимеризације може постићи између 100 нм и 200 нм. Другим речима, 2ПП 3D Технологија штампе је стотинама пута прецизнија од традиционалне технологије полимеризације светлошћу, а штампане ствари су мање од бактерија.
Тренутно је цена ултрабрзих ласера и даље релативно скупа. Као пионир у индустрији, STYLECNC већ производи ултрабрзу опрему за ласерску обраду и постигао је добре повратне информације на тржишту. Ласерска прецизна опрема за сечење ОЛЕД модула заснована на ултрабрзи ласерској технологији, ултрабрза (пикосекундна/фемтосекундна) опрема за ласерско обележавање, опрема за ласерску обраду стакла за пицо2нд инфрацрвене екране и пицо2нд инфрацрвене стаклене плочице су лансиране опрема за ласерско сечење, ЛЕД аутоматска невидљива машина за коцкице, семицон машина за ласерско сечење, опрема за сечење стаклених поклопаца за модуле за идентификацију отисака прстију, флексибилне линије за масовну производњу екрана и низ ултра брзих ласерских производа.
Предност Мане
Прозодија
Ултрабрзи ласер је један од важних праваца развоја у области ласера. Као технологија у настајању, има значајне предности у прецизној микрообради. Ултракратки импулс који генерише ултрабрзи ласер интерагује са материјалом веома кратко време и не доноси топлоту околним материјалима, па се ултрабрза ласерска обрада назива и хладна обрада. То је зато што, када ширина ласерског импулса достигне пико2нд или фемто2нд ниво, утицај на молекуларно термичко кретање може се у великој мери избећи, што резултира мањим термичким утицајем.
На пример, када тупим кухињским ножем сечемо конзервисана јаја, сачувана јаја често сечемо на ситне комаде. Ако одаберете методу резања са посебно оштром ивицом ножа која брзо сече неред, сачувана јаја ће бити равномерно и лепо исечена. То је предност што сте супер брзи.
Против
Врхунске производне индустрије, као што су интегрисана кола и панели, имају изузетно високе захтеве за ласерском опремом за обраду, а постоји и ризик да технолошки пробоји не испуне очекивања.
Цена ултра брзих ласера је висока, а прелазак на новог добављача ласера има ризик да не буде у могућности да прошири тржиште како се очекује и за произвођаче ласерске опреме и за већину корисника на нижем току.
