Definisie
Ultravinnige laser is 'n tipe ultra-intense ultra-kort gepulseerde laser met polswydte minder as of binne die pico2de vlak (10-12s), wat gedefinieer word op grond van die energie-uitsetgolfvorm. Hierdie definisie hou verband met "ultravinnige verskynsels". Ultravinnige verskynsel verwys na 'n verskynsel wat plaasvind in 'n fisiese, chemiese of biologiese proses wat vinnig verander in die mikroskopiese sisteem van materie. In die atoom- en molekulêre stelsel is die tydskaal van die beweging van atome en molekules in die orde van pikosekondes tot femtosekondes. Byvoorbeeld, die tydperk van molekulêre rotasie is in die orde van pikosekondes, en die tydperk van vibrasie is in die orde van femtosekondes. Wanneer die laserpulswydte die vlak van pico2de of femtosekonde bereik, kan dit grootliks die invloed op die algehele termiese beweging van molekules vermy (die termiese beweging van molekules is die mikroskopiese essensie van die temperatuur van materie), en die materiaal word op die tydskaal van molekulêre vibrasie gegenereer. Invloed, sodat terwyl die doel van verwerking bereik word, die termiese effek aansienlik verminder word.
Tipes
Daar is baie klassifikasiemetodes vir lasers, waaronder daar 4 klassifikasiemetodes wat die meeste gebruik word, insluitend klassifikasie volgens werkende stof, klassifikasie volgens energie-uitsetgolfvorm (werkmodus), klassifikasie volgens uitsetgolflengte (kleur) en klassifikasie volgens drywing.
Onder hulle, volgens die energie-uitsetgolfvorm, kan lasers verdeel word in deurlopende lasers, gepulseerde lasers en kwasi-kontinue lasers:
Deurlopende laser
Dit is 'n laser wat voortdurend stabiele energiegolfvorms gedurende werksure uitstuur. Dit word gekenmerk deur hoë krag en kan materiale met groot volume en hoë smeltpunt verwerk, soos metaalplate.
Gepulseerde laser
Dit voer energie uit in die vorm van pulse. Volgens die polswydte kan dit verder verdeel word in milli2nd lasers, mikro2nd lasers, nano2nd afskakeltoestelle, pico2nd lasers, femto2nd lasers en atto2nd lasers; byvoorbeeld, as 'n pulslaser Die pulswydte van die uitsetlaser is tussen 1-1000ns, wat ons nano2de lasers noem, ensovoorts. Ons noem pico2nd lasers, femto2nd lasers, atto2nd lasers en ultravinnige lasers. Die krag van die gepulseerde laser is baie laer as dié van die deurlopende laser, maar die verwerkingsakkuraatheid is hoër as dié van die deurlopende laser, en in die algemeen, hoe smaller die polswydte, hoe hoër is die verwerkingsakkuraatheid.
Quasi-CW laser
Dit kan herhaaldelik betreklik hoë-energie laser binne 'n sekere tydperk uitstuur, en dit is ook 'n pols laser in teorie.
Die energie-uitsetgolfvorms van bogenoemde 3 lasers kan ook beskryf word deur die parameter "dienssiklus". Vir 'n laser kan die dienssiklus geïnterpreteer word as die verhouding van die tyd van laserenergie-uitset relatief tot die totale tyd binne 'n pulssiklus.
CW laserdienssiklus (=1) > kwasi-CW laserdienssiklus > gepulseerde laserdienssiklus. Oor die algemeen, hoe smaller die polswydte van die gepulseerde laser, hoe laer is die dienssiklus.
Op die gebied van materiaalverwerking was gepulseerde lasers aanvanklik 'n oorgangsproduk van deurlopende lasers. Dit is omdat die uitsetkrag van deurlopende lasers nie baie hoog kan wees nie as gevolg van die invloed van faktore soos die dravermoë van kernkomponente en die vlak van tegnologie in die vroeë stadium, en die materiaal kan nie tot die smeltpunt verhit word nie. Bogenoemde bereik die doel van verwerking. As sekere tegniese middele gebruik word om die uitsetenergie van die laser op 'n enkele puls te konsentreer, sodat alhoewel die totale krag van die laser nie verander nie, die oombliklike krag ten tyde van die puls aansienlik verhoog word, wat voldoen aan die vereistes van materiaal verwerking. Later het deurlopende lasertegnologie geleidelik volwasse geword, en daar is gevind dat gepulseerde laser 'n groot voordeel in verwerkingsakkuraatheid het. Dit is omdat die termiese effek van gepulseerde laser op materiale kleiner is, en hoe smaller die laserpulswydte, hoe kleiner is die termiese effek, en hoe gladder die rand van die verwerkte materiaal is, die ooreenstemmende bewerking akkuraatheid is hoër.
komponente
2 kernvereistes van ultravinnige lasers: hoë stabiliteit ultrakort pols en hoë pols energie. Oor die algemeen kan ultrakort pulse verkry word deur gebruik te maak van modussluittegnologie, en hoë pulsenergie kan verkry word deur CPA-versterkingstegnologie te gebruik. Die kernkomponente wat betrokke is, sluit in ossillators, stretchers, versterkers en kompressors. Onder hulle is die ossillator- en versterkertegnologie die moeilikste, en dit is ook die kerntegnologie van 'n ultravinnige laservervaardigingsmaatskappy.
Ossillator
In die ossillator word ultravinnige laserpulse verkry deur 'n modussluittegniek te gebruik.
draagbaar
Die draagbaar rek die femto2de saad pulse uitmekaar met verskillende golflengtes.
Versterker
'n Geluide versterker word gebruik om hierdie uitgerekte puls ten volle te bekragtig.
Kompressor
Die kompressor bring die versterkte spektra van verskillende komponente bymekaar en herstel hulle tot die femto2de breedte, en vorm dus femto2nd laserpulse met uiters hoë oombliklike krag.
aansoeke
In vergelyking met nano2nd en milli2nd lasers, hoewel die algehele krag van ultravinnige lasers laer is, omdat dit direk op die tydskaal van materiaal molekulêre vibrasies optree, realiseer dit "koue verwerking" in die ware sin, so die verwerkingsakkuraatheid word aansienlik verbeter.
As gevolg van verskillende eienskappe, het hoë-krag aaneenlopende lasers, nie-ultravinnige gepulste lasers en ultravinnige lasers groot verskille in stroomaf toepassingsvelde:
Hoë-krag deurlopende lasers (en kwasi-kontinue lasers) word gebruik vir sny, sintering, sweiswerk, oppervlakbekleding, boor, 3D druk van metaalmateriaal.
Nie-ultravinnige gepulste lasers word gebruik vir die merk van nie-metaalmateriale, verwerking van silikonmateriale, presisie gravure van metaaloppervlaktes, skoonmaak van metaaloppervlaktes, presisiesweis van metale, mikrobewerking van metale.
Ultravinnige lasers word gebruik vir die sny en sweis van deursigtige materiale soos glas, PET en saffier en harde en bros materiale, presisie merk, oftalmiese chirurgie, mikroskopiese passivering en ets van materiale.
Uit die oogpunt van gebruik het hoëkrag CW-lasers en ultravinnige lasers byna geen wedersydse vervangingsverhouding nie. Hulle is soos byle en pincet, en hul groottes het hul eie voordele en nadele. Die stroomaf toepassings van nie-ultravinnige gepulste lasers het 'n mate van oorvleueling met deurlopende lasers en ultravinnige lasers. Uit die werklike resultate, onder dieselfde toepassing, is sy krag nie so goed soos dié van deurlopende lasers nie, en sy akkuraatheid is nie so goed soos dié van ultravinnige lasers nie. Hoe meer prominent is die kosteprestasie.
Veral die nano2nd ultraviolet laser, hoewel sy polswydte nie die pico2nd vlak bereik nie, maar die verwerkingsakkuraatheid is aansienlik verbeter in vergelyking met ander kleur nano2nd lasers, is dit wyd gebruik in die verwerking en vervaardiging van 3C produkte. In die toekoms, namate die koste van ultravinnige lasers afneem, kan dit die nano2de ultravioletmark beset.
Ultravinnige lasers realiseer koue verwerking in 'n werklike sin en het aansienlike voordele in presisieverwerking. Soos die produksietegnologie van ultravinnige lasers geleidelik verouder, neem die koste geleidelik af. In die toekoms sal dit na verwagting wyd gebruik word in mediese biologie, lugvaart, verbruikerselektronika, beligtingskerm, energie-omgewing, presisiemasjinerie en ander stroomaf-industrieë.
Mediese Skoonheidsmiddels
Ultravinnige lasers kan gebruik word in mediese oogchirurgie toerusting en kosmetiese toestelle. Femto2nd laser word gebruik in miopie chirurgie en staan bekend as "nog 'n revolusie in refraktiewe chirurgie" na golffront aberrasie tegnologie. Die oog-as van bysiende pasiënte is groter as die normale oog-as, sodat in die toestand van oogbal ontspanning, die fokus van parallelle ligstrale na breking deur die oog se refraktiewe stelsel val voor die retina. Femto2nd laserchirurgie kan oortollige spier in die aksiale dimensie verwyder en die aksiale afstand na normaal herstel. Femto2nd laserchirurgie het die voordele van hoë akkuraatheid, hoë veiligheid, hoë stabiliteit, kort operasietyd en hoë gemak, en het een van die mees hoofstroom metodes van miopiechirurgie geword.
Wat skoonheid betref, kan ultravinnige lasers gebruik word om pigment en inheemse moesies te verwyder, tatoeëermerke te verwyder en velveroudering te verbeter.
Consumer Electronics
Ultravinnige lasers is geskik vir harde en bros deursigtige materiaalverwerking, dunfilmverwerking, presisiemerk, ens. in die vervaardigingsproses van verbruikerselektronika. Selfoon gehard glas en saffier is verteenwoordigende harde, bros en deursigtige materiale in verbruikerselektronika grondstowwe, veral saffier, as gevolg van sy hoë hardheid en hoë brosheid, die doeltreffendheid en opbrengskoers van tradisionele bewerking metodes is baie laag; saffier word nou wyd gebruik Dit word wyd gebruik in slimhorlosies, selfoonkamera-omhulsels, vingerafdrukmodules, ens.; nano2nd ultraviolet laser en ultravinnige laser is tans die belangrikste tegniese middele om saffier te sny, en die verwerkingseffek van ultravinnige laser is beter as dié van ultraviolet nano2nd laser. Daarbenewens is die verwerkingsmetodes wat deur kameramodules en vingerafdrukmodules gebruik word hoofsaaklik nano2nd en pico2nd lasers. Vir die sny van buigsame selfoonskerms (voubare skerms) en die ooreenstemmende 3D glasboor in die toekoms, sal die hoofstroomtegnologie heel waarskynlik ultravinnige lasers wees.
Ultravinnige lasers het ook belangrike toepassings in paneelvervaardiging. Ultravinnige lasers kan gebruik word vir die sny van OLED-polarisators, afskilfering en herstel tydens LCD/OLED-vervaardiging.
Vir OLED's is die polimeermateriale veral sensitief vir termiese invloede. Daarbenewens is die grootte en spasiëring van die selle wat tans gemaak word, baie klein, en die oorblywende verwerkingsgrootte is ook baie klein. Die tradisionele snyproses soos voorheen is nie meer geskik vir vandag nie. Die produksiebehoeftes van die industrie, en nou is daar toepassingsvereistes vir spesiale-vormige skerms en geperforeerde skerms, wat buite die vermoëns van tradisionele handwerk is. Op hierdie manier word die voordele van ultravinnige lasers weerspieël, veral pico2nd ultraviolet of selfs femto2nd lasers, wat 'n klein hitte-geaffekteerde sone het en meer geskik is vir meer buigsame toepassings soos kurweverwerking.
Mikrosweiswerk
Vir deursigtige soliede media soos glas, sal verskeie verskynsels soos nie-lineêre absorpsie, smeltskade, plasmavorming, ablasie en veselvoortplanting plaasvind wanneer ultrakort pulslaser in die medium voortplant. Die figuur toon verskeie verskynsels wat voorkom in die interaksie tussen ultrakort pols laser en soliede materiaal onder verskillende drywingsdigthede en tydskale.
Omdat ultra-kort pols laser mikro-sweistegnologie nie 'n tussenlaag hoef in te voeg nie, hoë doeltreffendheid, hoë presisie, geen makroskopiese termiese effek het nie, en relatief ideale meganiese en optiese eienskappe het na mikro-sweisbehandeling, is dit baie geskik vir mikro-sweiswerk van deursigtige materiale soos glas. Navorsers het byvoorbeeld eindkappe suksesvol aan standaard en mikrogestruktureerde optiese vesels gesweis deur 70 fs, 250 kHz pulse te gebruik.
Vertoon beligting
Die toepassing van ultravinnige lasers op die gebied van vertoonbeligting verwys hoofsaaklik na die skryf en sny van LED-wafers. Dit is nog 'n voorbeeld van ultravinnige lasers wat geskik is vir die verwerking van harde en bros materiale. Ultravinnige laserverwerking het 'n hoë dwarssnitvlakheid en aansienlik verminderde randafsplintering. Doeltreffendheid en akkuraatheid word aansienlik verbeter.
Fotovoltaïese energie
Ultravinnige lasers het wye toepassingsruimte in die vervaardiging van fotovoltaïese selle. Byvoorbeeld, in die vervaardiging van CIGS-dunfilmbatterye kan ultravinnige lasers die oorspronklike meganiese skripproses vervang en die kwaliteit van skrip aansienlik verbeter, veral vir P2 en P3 skripskakels, wat byna geen afsplintering en geen krake en oorblywende spanning kan bereik nie .
Lugdiens
Om die werkverrigting en lewensduur van die turbinelemme te verbeter, en dan die werkverrigting van die enjin te verbeter, is dit nodig om lugfilmverkoelingstegnologie aan te neem, wat uiters hoë vereistes vir die lugfilmgatverwerkingstegnologie stel. In 2018 het Xi'an Instituut vir Optika en Meganika die hoogste enkelpulsenergie in China ontwikkel. Die 26-watt industriële-graad femto2nd vesel laser, en ontwikkel 'n reeks van ultra-vinnige laser uiterste vervaardiging toerusting, het 'n deurbraak in die "koue verwerking" van lug film gate in aero-enjin turbine lemme behaal, wat die huishoudelike gaping gevul. Hierdie verwerkingsmetode is meer gevorderd as EDM Die akkuraatheid van die metode is hoër, en die opbrengskoers is aansienlik verbeter.
Ultravinnige lasers kan ook toegepas word op die presisie bewerking van veselversterkte saamgestelde materiale, en die verbetering van bewerking akkuraatheid sal help om die toepassing van saamgestelde materiale soos koolstofvesel in lugvaart en ander hoë-end velde uit te brei.
Navorsingsveld
2-foton polimerisasie tegnologie (2PP) is 'n "nano-optiese" 3D drukmetode, soortgelyk aan lighardende vinnige prototiperingstegnologie, en toekomskundige Christopher Barnatt glo dat hierdie tegnologie 'n hoofstroomvorm van 3D drukwerk in die toekoms. Die beginsel van 2-foton-polimerisasietegnologie is om fotosensitiewe hars selektief te genees deur "femto2nd pulse laser" te gebruik. Dit klink soos fotogenesing van vinnige prototipering, die verskil is dat die minimum laagdikte en XY-as resolusie wat 2-foton polimerisasie tegnologie kan bereik tussen 100 nm en 200 nm is. Met ander woorde, 2PP 3D druktegnologie is honderde kere meer akkuraat as tradisionele liguithardende giettegnologie, en die gedrukte dinge is kleiner as bakterieë.
Tans is die prys van ultravinnige lasers steeds relatief duur. As 'n pionier in die bedryf, STYLECNC vervaardig reeds ultravinnige laserverwerkingstoerusting en het goeie markterugvoer behaal. Laser-presisie-snytoerusting vir OLED-modules gebaseer op ultravinnige lasertegnologie, ultravinnige (picosecond/femtoseconde) lasermerktoerusting, glasafschuinende laserverwerkingstoerusting vir pico2nd infrarooi vertoonskerms, en pico2nd infrarooi glaswafers is bekendgestel lasersnytoerusting, LED outomatiese onsigbare snymasjien, halfgeleierwafer laser snymasjien, glasbedekking sny toerusting vir vingerafdruk identifikasie modules, buigsame vertoon massa produksie lyne en 'n reeks van ultra-vinnige laser produkte.
Voor-nadele
Pros
Ultravinnige laser is een van die belangrike ontwikkelingsrigtings in die laserveld. As 'n opkomende tegnologie het dit aansienlike voordele in presisie mikrobewerking. Die ultra-kort puls wat deur die ultra-vinnige laser gegenereer word, werk vir 'n baie kort tyd in wisselwerking met die materiaal, en sal nie hitte na die omliggende materiale bring nie, so ultravinnige laserverwerking word ook koue verwerking genoem. Dit is omdat, wanneer die laserpulswydte die pico2de of femto2de vlak bereik, die invloed op die molekulêre termiese beweging in 'n groot mate vermy kan word, wat minder termiese invloed tot gevolg het.
Byvoorbeeld, wanneer ons gepreserveerde eiers met 'n stomp kombuismes sny, sny ons dikwels die gepreserveerde eiers in fyn stukkies. As jy ’n snymetode kies met ’n besonder skerp mesrand wat die gemors vinnig sny, sal die gepreserveerde eiers eweredig en pragtig gesny word. Dit is die voordeel om super vinnig te wees.
Nadele
Hoë-end vervaardigingsbedrywe soos geïntegreerde stroombane en panele het uiters hoë vereistes vir laserverwerkingstoerusting, en daar is 'n risiko dat tegnologiese deurbrake nie aan verwagtinge voldoen nie.
Die prys van ultravinnige lasers is hoog, en om na 'n nuwe laserverskaffer oor te skakel, hou die risiko in dat dit nie die mark kan uitbrei soos verwag vir beide lasertoerustingvervaardigers en die mees stroomaf-gebruikers nie.
