Përcaktim
Lazeri ultra i shpejtë është një lloj lazeri ultra-intensiv me pulsim ultra të shkurtër me gjerësi pulsi më të vogël se ose brenda nivelit pico2 (10-12s), i cili përcaktohet bazuar në formën e valës së prodhimit të energjisë. Ky përkufizim lidhet me "dukuri ultra të shpejta". Fenomeni ultra i shpejtë i referohet një fenomeni që ndodh në një proces fizik, kimik ose biologjik që ndryshon me shpejtësi në sistemin mikroskopik të materies. Në sistemin atomik dhe molekular, shkalla kohore e lëvizjes së atomeve dhe molekulave është në rendin nga pikosekonda në femtosekonda. Për shembull, periudha e rrotullimit molekular është në rendin e pikosekondave, dhe periudha e dridhjes është në rendin e femtosekondave. Kur gjerësia e pulsit të lazerit arrin nivelin e pico2 ose femtosecond, mund të shmangë në masë të madhe ndikimin në lëvizjen e përgjithshme termike të molekulave (lëvizja termike e molekulave është thelbi mikroskopik i temperaturës së materies), dhe materiali gjenerohet në shkallën kohore të dridhjeve molekulare. Ndikimi, në mënyrë që gjatë arritjes së qëllimit të përpunimit, efekti termik të reduktohet shumë.
Llojet
Ka shumë metoda klasifikimi për lazerët, ndër të cilat ka 4 metoda klasifikimi më të përdorura, duke përfshirë klasifikimin sipas substancës punuese, klasifikimin sipas formës valore të daljes së energjisë (mënyra e punës), klasifikimin sipas gjatësisë së valës së daljes (ngjyrës) dhe klasifikimit sipas fuqisë.
Midis tyre, sipas formës së valës së prodhimit të energjisë, lazerët mund të ndahen në lazer të vazhdueshëm, lazer pulsues dhe lazer pothuajse të vazhdueshëm:
Laser i vazhdueshëm
Është një lazer që nxjerr vazhdimisht forma vale të qëndrueshme të energjisë gjatë orarit të punës. Karakterizohet nga fuqia e lartë dhe mund të përpunojë materiale me volum të madh dhe pikë shkrirjeje të lartë, si pllaka metalike.
Laser pulsues
Ai nxjerr energji në formën e pulseve. Sipas gjerësisë së pulsit, ai mund të ndahet më tej në lazer të mili2-të, lazerë mikro-2-të, pajisje mbyllëse nano-2-të, lazerë pico-2-të, lazerë femto-2-të dhe lazerë ata të dytë; për shembull, nëse një lazer pulsi Gjerësia e pulsit të lazerit dalës është midis 2-1 ns, që ne i quajmë lazer nano1000, e kështu me radhë. Ne i quajmë lazer pico2nd, femto2nd lazer, atto2nd lazer dhe ultrafast. Fuqia e lazerit pulsues është shumë më e ulët se ajo e lazerit të vazhdueshëm, por saktësia e përpunimit është më e lartë se ajo e lazerit të vazhdueshëm dhe në përgjithësi, sa më e ngushtë të jetë gjerësia e pulsit, aq më e lartë është saktësia e përpunimit.
Lazer kuazi-CW
Ai mund të nxjerrë në mënyrë të përsëritur lazer me energji relativisht të lartë brenda një periudhe të caktuar, dhe është gjithashtu një lazer pulsi në teori.
Format valore të prodhimit të energjisë të 3 lazerëve të mësipërm mund të përshkruhen gjithashtu nga parametri "cikli i punës". Për një lazer, cikli i punës mund të interpretohet si raporti i kohës së prodhimit të energjisë lazer në lidhje me kohën totale brenda një cikli pulsi.
Cikli i funksionimit të lazerit CW (=1) > Cikli i punës me lazer kuazi-CW > cikli i punës me lazer me puls. Në përgjithësi, sa më e ngushtë të jetë gjerësia e pulsit të lazerit pulsues, aq më i ulët është cikli i punës.
Në fushën e përpunimit të materialeve, lazerët pulsues fillimisht ishin një produkt kalimtar i laserëve të vazhdueshëm. Kjo për shkak se fuqia dalëse e laserëve të vazhdueshëm nuk mund të jetë shumë e lartë për shkak të ndikimit të faktorëve të tillë si kapaciteti mbajtës i komponentëve bazë dhe niveli i teknologjisë në fazën e hershme, dhe materiali nuk mund të nxehet deri në pikën e shkrirjes. Sa më sipër realizon qëllimin e përpunimit. Nëse përdoren mjete të caktuara teknike për të përqendruar energjinë dalëse të lazerit në një impuls të vetëm, kështu që megjithëse fuqia totale e lazerit nuk ndryshon, fuqia e menjëhershme në momentin e pulsit rritet shumë, gjë që plotëson kërkesat e përpunimi i materialit. Më vonë, teknologjia e vazhdueshme e lazerit u maturua gradualisht, dhe u zbulua se lazeri pulsues ka një avantazh të madh në saktësinë e përpunimit. Kjo është për shkak se efekti termik i lazerit pulsues në materiale është më i vogël, dhe sa më i ngushtë të jetë gjerësia e pulsit të lazerit, aq më i vogël është efekti termik dhe sa më i lëmuar skaji i materialit të përpunuar, saktësia përkatëse e përpunimit është më e lartë.
Komponentet
2 kërkesat kryesore të lazerëve ultra të shpejtë: puls ultrashkurtër me qëndrueshmëri të lartë dhe energji me puls të lartë. Në përgjithësi, impulset ultra të shkurtra mund të merren duke përdorur teknologjinë e mbylljes së modalitetit dhe energjia e lartë e pulsit mund të merret duke përdorur teknologjinë e amplifikimit CPA. Komponentët kryesorë të përfshirë përfshijnë oshilatorët, barela, amplifikatorët dhe kompresorët. Midis tyre, teknologjia e oshilatorit dhe e amplifikatorit janë më të vështirat, dhe ato janë gjithashtu teknologjia kryesore e një kompanie prodhuese lazer ultra të shpejtë.
Oshilator
Në oshilator, impulset lazer ultra të shpejta merren duke përdorur një teknikë të mbylljes së modalitetit.
barelë
Barela i shtrin pulset e farës së dytë të femtit në kohë me gjatësi vale të ndryshme.
përforcues
Për të aktivizuar plotësisht këtë puls të shtrirë, përdoret një përforcues i cicëruar.
Kompresor
Kompresori bashkon spektrat e përforcuar të komponentëve të ndryshëm dhe i rikthen ato në gjerësinë femto2, duke formuar kështu impulse lazer femto2 me fuqi të menjëhershme jashtëzakonisht të lartë.
Aplikime
Krahasuar me lazerët nano2 dhe milli2, megjithëse fuqia e përgjithshme e laserëve ultra të shpejtë është më e ulët, sepse vepron drejtpërdrejt në shkallën kohore të dridhjeve molekulare të materialit, realizon "përpunim të ftohtë" në kuptimin e vërtetë, kështu që saktësia e përpunimit përmirësohet shumë.
Për shkak të karakteristikave të ndryshme, lazerët e vazhdueshëm me fuqi të lartë, lazerët me pulsim jo ultra të shpejtë dhe lazerët ultra të shpejtë kanë dallime të mëdha në fushat e aplikimit në rrjedhën e poshtme:
Lazerët e vazhdueshëm me fuqi të lartë (dhe lazerët pothuajse të vazhdueshëm) përdoren për prerje, sinterim, saldim, veshja sipërfaqësore, shpimi, 3D shtypjen e materialeve metalike.
Lazerët pulsues jo ultra të shpejtë përdoren për shënjimin e materialeve jometalike, përpunimin e materialeve të silikonit, gdhendje precize i siperfaqeve metalike, pastrimi i siperfaqeve metalike, saldimi preciz i metaleve, mikromakinimi i metaleve.
Lazerët ultra të shpejtë përdoren për prerjen dhe saldimin e materialeve transparente si qelqi, PET dhe safiri dhe materiale të forta dhe të brishta, shënimi me saktësi, kirurgji okulistike, pasivimi mikroskopik dhe gravurja e materialeve.
Nga pikëpamja e përdorimit, lazerët CW me fuqi të lartë dhe lazerët ultra të shpejtë nuk kanë pothuajse asnjë marrëdhënie zëvendësimi të ndërsjellë. Ata janë si sëpata dhe piskatore, dhe madhësitë e tyre kanë avantazhet dhe disavantazhet e tyre. Aplikimet në rrjedhën e poshtme të lazerëve me pulsim jo ultra të shpejtë kanë disa mbivendosje me lazerët e vazhdueshëm dhe lazerët ultra të shpejtë. Nga rezultatet aktuale, në të njëjtin aplikim, fuqia e tij nuk është aq e mirë sa ajo e lazerëve të vazhdueshëm dhe saktësia e tij nuk është aq e mirë sa ajo e lazerëve ultra të shpejtë. Më e spikatur është performanca e kostos.
Sidomos lazeri ultravjollcë nano2, megjithëse gjerësia e pulsit të tij nuk arrin nivelin pico2, por saktësia e përpunimit është përmirësuar shumë në krahasim me lazerët e tjerë me ngjyra nano2, ai është përdorur gjerësisht në përpunimin dhe prodhimin e produkteve 3C. Në të ardhmen, me uljen e kostos së lazerëve ultra të shpejtë, ai mund të pushtojë tregun nano2 të ultravjollcës.
Lazerët ultra të shpejtë realizojnë përpunimin e ftohtë në një kuptim real dhe kanë përparësi të konsiderueshme në përpunimin me saktësi. Ndërsa teknologjia e prodhimit të lazerëve ultrafast maturohet gradualisht, kostoja zvogëlohet gradualisht. Në të ardhmen, pritet të përdoret gjerësisht në biologjinë mjekësore, hapësirën ajrore, elektronikën e konsumit, ekranin e ndriçimit, mjedisin energjetik, makineritë precize dhe industri të tjera të rrjedhës së poshtme.
Mjekësia kozmetike
Lazerët ultra të shpejtë mund të përdoren në pajisjet mjekësore të kirurgjisë së syrit dhe pajisjet kozmetike. Lazeri Femto2nd përdoret në kirurgjinë e miopisë dhe njihet si "një revolucion tjetër në kirurgjinë refraktive" pas teknologjisë së devijimit të frontit të valës. Boshti i syrit te pacientët miopë është më i madh se boshti normal i syrit, kështu që në gjendjen e relaksimit të kokërdhokut të syrit, fokusi i rrezeve paralele të dritës pas përthyerjes nga sistemi refraktiv i syrit bie para retinës. Kirurgjia me lazer femto2 mund të heqë muskujt e tepërt në dimensionin aksial dhe të rivendosë distancën aksiale në normale. Kirurgjia me lazer Femto2 ka avantazhet e saktësisë së lartë, sigurisë së lartë, stabilitetit të lartë, kohës së shkurtër të operimit dhe komoditetit të lartë dhe është bërë një nga metodat më të zakonshme të kirurgjisë së miopisë.
Për sa i përket bukurisë, lazerët ultra të shpejtë mund të përdoren për të hequr pigmentin dhe nishanet vendase, për të hequr tatuazhet dhe për të përmirësuar plakjen e lëkurës.
Consumer Electronics
Lazerët ultra të shpejtë janë të përshtatshëm për përpunimin e materialit transparent të fortë dhe të brishtë, përpunimin e filmit të hollë, shënjimin e saktë, etj. në procesin e prodhimit të elektronikës së konsumit. Xhami i kalitur dhe safiri i telefonave celularë janë materiale përfaqësuese të forta, të brishta dhe transparente në lëndët e para të elektronikës së konsumit, veçanërisht safiri, për shkak të fortësisë së lartë dhe brishtësisë së lartë, efikasiteti dhe shkalla e rendimentit të metodave tradicionale të përpunimit janë shumë të ulëta; safiri tani përdoret gjerësisht Përdoret gjerësisht në orët inteligjente, mbulesat e kamerave të celularëve, mbulesat e moduleve të gjurmëve të gishtërinjve etj.; Lazeri i dytë ultravjollcë nano dhe lazeri ultra i shpejtë janë mjetet kryesore teknike për prerjen e safirit aktualisht, dhe efekti i përpunimit të lazerit ultra të shpejtë është më i mirë se ai i lazerit nano2 të ultravjollcës. Për më tepër, metodat e përpunimit të përdorura nga modulet e kamerës dhe modulet e gjurmëve të gishtërinjve janë kryesisht lazerët nano2nd dhe pico2nd. Për prerjen e ekraneve fleksibël të telefonave celularë (ekranet e palosshme) dhe ato përkatëse 3D Shpimi i qelqit në të ardhmen, teknologjia kryesore ka shumë të ngjarë të jetë lazeri ultra i shpejtë.
Lazerët ultra të shpejtë kanë gjithashtu aplikime të rëndësishme në prodhimin e paneleve. Lazerët ultra të shpejtë mund të përdoren për prerjen e polarizuesve OLED, për pastrimin dhe riparimin gjatë prodhimit të LCD/OLED.
Për OLED, materialet e tij polimer janë veçanërisht të ndjeshëm ndaj ndikimeve termike. Përveç kësaj, madhësia dhe hapësira e qelizave të prodhuara aktualisht janë shumë të vogla, dhe madhësia e mbetur e përpunimit është gjithashtu shumë e vogël. Procesi tradicional i prerjes si më parë nuk është më i përshtatshëm për sot. Nevojat e prodhimit të industrisë, dhe tani ka kërkesa aplikimi për ekranet në formë të veçantë dhe ekranet me vrima, të cilat janë përtej aftësive të zejeve tradicionale. Në këtë mënyrë pasqyrohen përfitimet e laserëve ultra të shpejtë, veçanërisht lazerët pico2nd ultraviolet apo edhe femto2nd, të cilët kanë një zonë të vogël të prekur nga nxehtësia dhe janë më të përshtatshme për aplikime më fleksibël si përpunimi i kurbës.
Saldim mikro
Për mediat e ngurta transparente si qelqi, fenomene të ndryshme si përthithja jolineare, dëmtimi i shkrirjes, formimi i plazmës, ablacioni dhe përhapja e fibrave do të ndodhin kur lazeri me puls ultrashkurtër përhapet në mjedis. Figura tregon fenomene të ndryshme që ndodhin në bashkëveprimin midis lazerit me puls ultrashkurtër dhe materialit të ngurtë nën densitete të ndryshme të fuqisë dhe shkallëve kohore.
Për shkak se teknologjia e mikrosaldimit me lazer me puls ultra të shkurtër nuk ka nevojë të vendosë një shtresë të ndërmjetme, ka efikasitet të lartë, saktësi të lartë, nuk ka efekt termik makroskopik dhe ka veti mekanike dhe optike relativisht ideale pas trajtimit me saldim me mikrosaldim, është shumë e përshtatshme për mikrosaldimi i materialeve transparente si qelqi. Për shembull, studiuesit kanë salduar me sukses kapakët e fundit në fibra optike standarde dhe të mikrostrukturuara duke përdorur impulse 70 fs, 250 kHz.
Ndriçimi i ekranit
Aplikimi i lazerëve ultra të shpejtë në fushën e ndriçimit të ekranit i referohet kryesisht gërvishtjes dhe prerjes së vaferave LED. Ky është një shembull tjetër i lazerëve ultra të shpejtë që janë të përshtatshëm për përpunimin e materialeve të forta dhe të brishta. Përpunimi me lazer ultra i shpejtë ka një nivel të lartë të prerjes kryq dhe prerje të skajshme të reduktuar ndjeshëm. Efikasiteti dhe saktësia janë përmirësuar shumë.
Energjia fotovoltaike
Lazerët ultra të shpejtë kanë hapësirë të gjerë aplikimi në prodhimin e qelizave fotovoltaike. Për shembull, në prodhimin e baterive me film të hollë CIGS, lazerët ultra të shpejtë mund të zëvendësojnë procesin e gërvishtjes mekanike origjinale dhe të përmirësojnë ndjeshëm cilësinë e gërvishtjes, veçanërisht për lidhjet e gërvishtjeve P2 dhe P3, të cilat mund të arrijnë pothuajse asnjë copëtim dhe asnjë çarje dhe stres të mbetur .
Aerospace
Për të përmirësuar performancën dhe jetën e shërbimit të teheve të turbinës, dhe më pas për të përmirësuar performancën e motorit, është e nevojshme të adoptohet teknologjia e ftohjes së filmit të ajrit, e cila parashtron kërkesa jashtëzakonisht të larta për teknologjinë e përpunimit të vrimave të filmit të ajrit. Në vitin 2018, Instituti i Optikës dhe Mekanikës Xi'an zhvilloi energjinë më të lartë të impulsit të vetëm në Kinë. Lazeri me fibër femto26 të shkallës industriale 2 vat dhe zhvilloi një seri pajisjesh të prodhimit ekstrem lazer ultra të shpejtë, arriti një përparim në "përpunimin e ftohtë" të vrimave të filmit ajror në tehet e turbinës së motorit aero, duke mbushur boshllëkun e brendshëm. Kjo metodë e përpunimit është më e avancuar se EDM Saktësia e metodës është më e lartë dhe shkalla e rendimentit është përmirësuar shumë.
Lazerët ultra të shpejtë mund të aplikohen gjithashtu në përpunimin me saktësi të materialeve të përbëra të përforcuara me fibra, dhe përmirësimi i saktësisë së përpunimit do të ndihmojë në zgjerimin e aplikimit të materialeve të përbëra si fibra karboni në hapësirën ajrore dhe fusha të tjera të nivelit të lartë.
Fusha Kërkimore
Teknologjia e polimerizimit me 2 foton (2PP) është një "nano-optike" 3D metoda e printimit, e ngjashme me teknologjinë e prototipimit të shpejtë të shërimit me dritë, dhe futuristi Christopher Barnatt beson se kjo teknologji mund të bëhet një formë e zakonshme e 3D shtypje në të ardhmen. Parimi i teknologjisë së polimerizimit me 2 fotone është të kurojë në mënyrë selektive rrëshirën fotosensitive duke përdorur "lazer femto2nd puls". Tingëllon si prototipi i shpejtë i fotokurimit, ndryshimi është se trashësia minimale e shtresës dhe rezolucioni i boshtit XY që mund të arrijë teknologjia e polimerizimit me 2 fotone janë midis 100 nm dhe 200 nm. Me fjalë të tjera, 2PP 3D Teknologjia e printimit është qindra herë më e saktë se teknologjia tradicionale e derdhjes me ndriçim, dhe gjërat e printuara janë më të vogla se bakteret.
Aktualisht, çmimi i lazerëve ultra të shpejtë është ende relativisht i shtrenjtë. Si një pionier në industri, STYLECNC tashmë po prodhon pajisje të përpunimit me lazer ultra të shpejtë dhe ka arritur reagime të mira në treg. Pajisjet e prerjes me precizion me lazer për modulet OLED të bazuara në teknologjinë lazer ultra të shpejtë, pajisjet e shënjimit me lazer ultra të shpejtë (pikosekonda/femtosekonda), pajisjet e përpunimit lazer me animim qelqi për ekranet e ekranit me infra të kuqe pico2, dhe vaferat e xhamit infra të kuqe pico të dytë, pajisjet e prerjes me lazer, makineria LED automatike me diferencë të padukshme, me diferencë të padukshme. prerja makinë lazer, pajisje për prerjen e kapakut të xhamit për modulet e identifikimit të gjurmëve të gishtave, linja prodhimi masiv me ekran fleksibël dhe një seri produktesh lazer ultra të shpejtë.
Pro dhe kundër
rekuizitë
Lazeri ultra i shpejtë është një nga drejtimet e rëndësishme të zhvillimit në fushën e lazerit. Si një teknologji në zhvillim, ajo ka avantazhe të rëndësishme në mikropërpunimin preciz. Pulsi ultra i shkurtër i krijuar nga lazeri ultra i shpejtë ndërvepron me materialin për një kohë shumë të shkurtër dhe nuk do të sjellë nxehtësi në materialet përreth, kështu që përpunimi me lazer ultra i shpejtë quhet edhe përpunim i ftohtë. Kjo është për shkak se, kur gjerësia e pulsit lazer arrin nivelin pico2 ose femto2, ndikimi në lëvizjen termike molekulare mund të shmanget në një masë të madhe, duke rezultuar në më pak ndikim termik.
Për shembull, kur i presim vezët e konservuara me thikë kuzhine të thatë, shpesh i presim vezët e konservuara në copa të imta. Nëse zgjidhni një metodë prerjeje me një buzë thike veçanërisht të mprehtë që e shkurton shpejt rrëmujën, vezët e ruajtura do të priten në mënyrë të barabartë dhe bukur. Ky është avantazhi i të qenit super i shpejtë.
Cons
Industritë e prodhimit të nivelit të lartë si qarqet e integruara dhe panelet kanë kërkesa jashtëzakonisht të larta për pajisjet e përpunimit me lazer dhe ekziston rreziku që përparimet teknologjike të mos përmbushin pritjet.
Çmimi i lazerëve ultra të shpejtë është i lartë dhe kalimi te një furnizues i ri lazer ka rrezikun që të mos jetë në gjendje të zgjerojë tregun siç pritej si për prodhuesit e pajisjeve lazer ashtu edhe për përdoruesit më të poshtëm.
