Caractéristiques, application et perspectives de marché du laser ultrarapide
2021-08-02
En fait, nanoseconde, picoseconde et femtoseconde sont des unités de temps, 1ns = 10-9s, 1ps = 10-12s, 1FS = 10-15s. Cette unité de temps représente la largeur d'impulsion d'une impulsion laser. En bref, un laser pulsé est émis en si peu de temps. Parce que sa durée d'impulsion unique de sortie est très, très courte, un tel laser est appelé laser ultrarapide. Lorsque l'énergie laser est concentrée en si peu de temps, une énorme énergie d'impulsion unique et une puissance de crête extrêmement élevée seront obtenues. Pendant le traitement des matériaux, le phénomène de fusion des matériaux et d'évaporation continue (effet thermique) causé par une longue largeur d'impulsion et un laser à faible intensité sera largement évité, et la qualité du traitement peut être grandement améliorée.
Dans l'industrie, les lasers sont généralement divisés en quatre catégories : onde continue (CW), quasi continue (QCW), impulsion courte (Q-switch) et impulsion ultra courte (mode verrouillé). Représenté par le laser à fibre CW multimode, CW occupe la majeure partie du marché industriel actuel. Il est largement utilisé dans la découpe, le soudage, le revêtement et d'autres domaines. Il présente les caractéristiques d'un taux de conversion photoélectrique élevé et d'une vitesse de traitement rapide. L'onde quasi continue, également connue sous le nom d'impulsion longue, peut produire une impulsion d'ordre MS ~ μ S avec un rapport cyclique de 10 %, ce qui rend la puissance de crête de la lumière pulsée plus de dix fois supérieure à celle de la lumière continue, ce qui est très favorable pour le perçage, le traitement thermique et d'autres applications. L'impulsion courte fait référence à l'impulsion ns, qui est largement utilisée dans le marquage laser, le forage, le traitement médical, la télémétrie laser, la génération de deuxième harmonique, l'armée et d'autres domaines. L'impulsion ultracourte est ce que nous appelons un laser ultrarapide, y compris les lasers à impulsions de PS et FS.
Lorsque le laser agit sur le matériau avec un temps d'impulsion de picoseconde et femtoseconde, l'effet d'usinage changera de manière significative. Le laser femtoseconde peut se concentrer sur une zone spatiale plus petite que le diamètre des cheveux, ce qui rend l'intensité du champ électromagnétique plusieurs fois supérieure à la force des atomes pour vérifier les électrons qui les entourent, de manière à réaliser de nombreuses conditions physiques extrêmes qui n'existent pas sur le terre et ne peut pas être obtenu par d'autres méthodes. Avec l'augmentation rapide de l'énergie des impulsions, les impulsions laser à haute densité de puissance peuvent facilement décoller les électrons externes, faire en sorte que les électrons se détachent de la liaison des atomes et forment du plasma. Parce que le temps d'interaction entre le laser et le matériau est très court, le plasma a été retiré de la surface du matériau avant qu'il n'ait le temps de transférer de l'énergie aux matériaux environnants, ce qui n'aura pas d'impact thermique sur les matériaux environnants. Par conséquent, le traitement laser ultrarapide est également connu sous le nom de "traitement à froid". Dans le même temps, le laser ultrarapide peut traiter presque tous les matériaux, y compris les métaux, les semi-conducteurs, les diamants, les saphirs, les céramiques, les polymères, les composites et les résines, les matériaux photorésistants, les films minces, les films ITO, le verre, les cellules solaires, etc.
Avec les avantages du traitement à froid, les lasers à impulsions courtes et ultracourtes sont entrés dans les domaines du traitement de précision tels que le traitement micro-nano, le traitement médical au laser fin, le perçage de précision, la découpe de précision, etc. Parce que l'impulsion ultracourte peut injecter très rapidement l'énergie de traitement dans une petite zone d'action, le dépôt instantané à haute densité d'énergie modifie l'absorption des électrons et le mode de mouvement, évite l'influence de l'absorption linéaire laser, du transfert d'énergie et de la diffusion, et modifie fondamentalement le mécanisme d'interaction entre le laser et la matière. Par conséquent, il est également devenu le centre d'intérêt de l'optique non linéaire, de la spectroscopie laser, de la biomédecine, de l'optique à champ fort. La physique de la matière condensée est un outil de recherche puissant dans les domaines de la recherche scientifique.
Comparé au laser femtoseconde, le laser picoseconde n'a pas besoin d'élargir et de comprimer les impulsions pour l'amplification. Par conséquent, la conception du laser picoseconde est relativement simple, plus rentable, plus fiable et est compétente pour le micro-usinage de haute précision et sans contrainte sur le marché. Cependant, l'ultra rapide et l'ultra fort sont les deux grandes tendances du développement du laser. Le laser femtoseconde présente également de plus grands avantages dans le traitement médical et la recherche scientifique. Il est possible de développer la prochaine génération de laser ultrarapide plus rapidement que le laser femtoseconde à l'avenir.
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