Características, aplicação e perspectiva de mercado do laser ultrarrápido
2021-08-02
Na verdade, nanossegundos, picossegundos e femtossegundos são unidades de tempo, 1ns = 10-9s, 1ps = 10-12s, 1FS = 10-15s. Esta unidade de tempo representa a largura de pulso de um pulso de laser. Em suma, um laser pulsado é emitido em tão pouco tempo. Como seu tempo de pulso único de saída é muito, muito curto, esse laser é chamado de laser ultrarrápido. Quando a energia do laser é concentrada em tão pouco tempo, uma enorme energia de pulso único e uma potência de pico extremamente alta serão obtidas. Durante o processamento do material, o fenômeno de fusão do material e evaporação contínua (efeito térmico) causado pela largura de pulso longa e laser de baixa intensidade será evitado em grande medida, e a qualidade do processamento pode ser bastante melhorada.
Na indústria, os lasers são geralmente divididos em quatro categorias: onda contínua (CW), quase contínua (QCW), pulso curto (Q-switched) e pulso ultracurto (modo bloqueado). Representado pelo laser de fibra CW multimodo, o CW ocupa a maior parte do mercado industrial atual. É amplamente utilizado em corte, soldagem, revestimento e outros campos. Tem as características de alta taxa de conversão fotoelétrica e rápida velocidade de processamento. Onda quase contínua, também conhecida como pulso longo, pode produzir pulso de ordem MS ~ μ S com um ciclo de trabalho de 10%, o que torna a potência de pico da luz pulsada mais de dez vezes maior que a da luz contínua, o que é muito favorável para perfuração, tratamento térmico e outras aplicações. O pulso curto refere-se ao pulso ns, que é amplamente utilizado na marcação a laser, perfuração, tratamento médico, alcance do laser, geração de segundo harmônico, campos militares e outros. Pulso ultracurto é o que chamamos de laser ultrarrápido, incluindo laser de pulso de PS e FS.
Quando o laser atua no material com o tempo de pulso de picossegundos e femtossegundos, o efeito de usinagem muda significativamente. O laser de femtosegundo pode se concentrar em uma área espacial menor que o diâmetro do cabelo, tornando a intensidade do campo eletromagnético várias vezes maior que a força dos átomos para verificar os elétrons ao seu redor, de modo a realizar muitas condições físicas extremas que não existem no terra e não pode ser obtido por outros métodos. Com o rápido aumento da energia do pulso, o pulso do laser de alta densidade de potência pode facilmente descascar os elétrons externos, fazer com que os elétrons se libertem da ligação dos átomos e formem plasma. Como o tempo de interação entre o laser e o material é muito curto, o plasma foi retirado da superfície do material antes de ter tempo de transferir energia para os materiais circundantes, o que não trará impacto térmico aos materiais circundantes. Portanto, o processamento a laser ultrarrápido também é conhecido como "processamento a frio". Ao mesmo tempo, o laser ultrarrápido pode processar quase todos os materiais, incluindo metais, semicondutores, diamantes, safiras, cerâmicas, polímeros, compósitos e resinas, materiais fotorresistentes, filmes finos, filmes ITO, vidro, células solares, etc.
Com as vantagens do processamento a frio, os lasers de pulso curto e pulso ultracurto entraram nos campos de processamento de precisão, como processamento micro nano, tratamento médico a laser fino, perfuração de precisão, corte de precisão e assim por diante. Como o pulso ultracurto pode injetar a energia de processamento em uma pequena área de ação muito rapidamente, a deposição instantânea de alta densidade de energia altera a absorção de elétrons e o modo de movimento, evita a influência da absorção linear do laser, transferência e difusão de energia e altera fundamentalmente o mecanismo de interação entre o laser e a matéria. Portanto, também se tornou o foco da óptica não linear, espectroscopia a laser, biomedicina, óptica de campo forte. A física da matéria condensada é uma poderosa ferramenta de pesquisa em campos de pesquisa científica.
Comparado com o laser de femtossegundos, o laser de picossegundos não precisa ampliar e comprimir pulsos para amplificação. Portanto, o projeto do laser de picossegundos é relativamente simples, mais econômico, mais confiável e é competente para micro usinagem de alta precisão e livre de estresse no mercado. No entanto, ultra rápido e ultra forte são as duas principais tendências de desenvolvimento do laser. O laser de femtosegundo também tem maiores vantagens no tratamento médico e na pesquisa científica. É possível desenvolver a próxima geração de laser ultrarrápido mais rápido do que o laser de femtosegundo no futuro.
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