Definīcija
Īpaši ātrs lāzers ir īpaši intensīva, īpaši īsu impulsu lāzera veids, kura impulsa platums ir mazāks par vai pikosekundes līmenī (2⁻⁶-10 s), kas tiek definēts, pamatojoties uz enerģijas izvades viļņu formu. Šī definīcija ir saistīta ar "īpaši ātru parādību". Īpaši ātra parādība attiecas uz parādību, kas rodas fizikālā, ķīmiskā vai bioloģiskā procesā un strauji mainās matērijas mikroskopiskajā sistēmā. Atomu un molekulu sistēmā atomu un molekulu kustības laika skala ir pikosekundes līdz femtosekundes. Piemēram, molekulu rotācijas periods ir pikosekundes, un vibrācijas periods ir femtosekundes. Kad lāzera impulsa platums sasniedz pikosekundes vai femtosekundes līmeni, tas lielā mērā var izvairīties no ietekmes uz molekulu kopējo termisko kustību (molekulu termiskā kustība ir matērijas temperatūras mikroskopiskā būtība), un materiāls tiek ģenerēts molekulāro vibrāciju laika skalā. Ietekme, lai, sasniedzot apstrādes mērķi, ievērojami samazinātu termisko efektu.
Veidi
Lāzeru klasifikācijas metodes ir daudzas, starp kurām ir 4 visbiežāk izmantotās klasifikācijas metodes, tostarp klasifikācija pēc darba vielas, klasifikācija pēc enerģijas izejas viļņu formas (darba režīma), klasifikācija pēc izejas viļņa garuma (krāsas) un klasifikācija pēc jaudas.
Starp tiem, atkarībā no enerģijas izejas viļņu formas, lāzerus var iedalīt nepārtrauktas darbības lāzeros, impulsa lāzeros un kvazieratstāvīgas darbības lāzeros:
Nepārtraukts lāzers
Tas ir lāzers, kas darba laikā nepārtraukti rada stabilas enerģijas viļņu formas. To raksturo liela jauda, un tas var apstrādāt liela apjoma un augstas kušanas temperatūras materiālus, piemēram, metāla plāksnes.
Impulsu lāzers
Tas izvada enerģiju impulsu veidā. Atkarībā no impulsa platuma to var tālāk iedalīt milisekundes lāzeros, mikrosekundes lāzeros, nanosekundes izslēgšanas ierīcēs, pikosekundes lāzeros, femtosekundes lāzeros un atto2nd lāzeros; piemēram, ja impulsa lāzers Izvades lāzera impulsa platums ir no 2 līdz 2 ns, ko mēs saucam par nanosekundes lāzeriem utt. Mēs saucam pikosekundes lāzerus, femto2nd lāzerus, atto2nd lāzerus un īpaši ātrus lāzerus. Impulsa lāzera jauda ir daudz mazāka nekā nepārtrauktas darbības lāzeram, bet apstrādes precizitāte ir augstāka nekā nepārtrauktas darbības lāzeram, un kopumā, jo šaurāks impulsa platums, jo augstāka apstrādes precizitāte.
Kvazi-CW lāzers
Tas noteiktā laika periodā var atkārtoti izstarot relatīvi augstas enerģijas lāzeru, un teorētiski tas ir arī impulsa lāzers.
Iepriekš minēto 3 lāzeru enerģijas izvades viļņu formas var aprakstīt arī ar parametru "darba cikls". Lāzeram darba ciklu var interpretēt kā lāzera enerģijas izvades laika attiecību pret kopējo laiku impulsa ciklā.
CW lāzera darba cikls (=1) > kvazi-CW lāzera darba cikls > impulsa lāzera darba cikls. Parasti, jo šaurāks ir impulsa lāzera impulsa platums, jo zemāks ir darba cikls.
Materiālu apstrādes jomā impulsa lāzeri sākotnēji bija nepārtrauktas darbības lāzeru pārejas produkts. Tas ir tāpēc, ka nepārtrauktas darbības lāzeru izejas jauda nevar būt ļoti augsta tādu faktoru ietekmes dēļ kā kodolu komponentu nestspēja un tehnoloģiju līmenis agrīnajā stadijā, un materiālu nevar uzkarsēt līdz kušanas temperatūrai. Iepriekš minētais sasniedz apstrādes mērķi. Ja tiek izmantoti noteikti tehniski līdzekļi, lai koncentrētu lāzera izejas enerģiju vienā impulsā, lai, lai gan lāzera kopējā jauda nemainās, momentānā jauda impulsa laikā ievērojami palielinās, kas atbilst materiālu apstrādes prasībām. Vēlāk nepārtrauktas darbības lāzeru tehnoloģija pakāpeniski attīstījās, un tika konstatēts, ka impulsa lāzeram ir liela priekšrocība apstrādes precizitātē. Tas ir tāpēc, ka impulsa lāzera termiskā iedarbība uz materiāliem ir mazāka, un jo šaurāks ir lāzera impulsa platums, jo mazāks ir termiskais efekts un jo gludāka ir apstrādātā materiāla mala, jo atbilstošā apstrādes precizitāte ir augstāka.
sastāvdaļas
Divas galvenās prasības īpaši ātrajiem lāzeriem: augsta stabilitāte īpaši īsos impulsos un augsta impulsa enerģija. Parasti īpaši īsus impulsus var iegūt, izmantojot režīmu bloķēšanas tehnoloģiju, un augstu impulsa enerģiju var iegūt, izmantojot CPA pastiprināšanas tehnoloģiju. Iesaistītās galvenās sastāvdaļas ir oscilatori, stiepēji, pastiprinātāji un kompresori. Starp tām oscilatoru un pastiprinātāju tehnoloģija ir vissarežģītākā, un tā ir arī īpaši ātro lāzeru ražošanas uzņēmuma galvenā tehnoloģija.
Oscilatoru
Oscilatorā īpaši ātrus lāzera impulsus iegūst, izmantojot režīma bloķēšanas tehniku.
Nestuves
Stiepējs femto2nd sēklas impulsus laika gaitā izstiepj dažādos viļņu garumos.
Pastiprinātājs
Lai pilnībā aktivizētu šo izstiepto impulsu, tiek izmantots čirpēts pastiprinātājs.
Kompresors
Kompresors apvieno dažādu komponentu pastiprinātos spektrus un atjauno tos femto2nd platumā, tādējādi veidojot femto2nd lāzera impulsus ar ārkārtīgi augstu momentāno jaudu.
Aplikācijas
Salīdzinot ar nano2nd un millisekundes lāzeriem, lai gan īpaši ātro lāzeru kopējā jauda ir zemāka, jo tie tieši iedarbojas uz materiāla molekulāro vibrāciju laika skalu, tie īsteno "auksto apstrādi" patiesā nozīmē, tāpēc apstrādes precizitāte ir ievērojami uzlabota.
Atšķirīgo īpašību dēļ lieljaudas nepārtrauktās darbības lāzeriem, neultraātrajiem impulsa lāzeriem un ultraātrajiem lāzeriem ir lielas atšķirības pakārtotajās pielietojuma jomās:
Lieljaudas nepārtrauktas darbības lāzeri (un kvazinpārtrauktas darbības lāzeri) tiek izmantoti griešanai, sintēšanai, metināšana, virsmas apšuvums, urbšana, 3D metāla materiālu apdruka.
Neultraātrie impulsa lāzeri tiek izmantoti nemetālisku materiālu marķēšanai, silīcija materiālu apstrādei, precīza gravēšana metāla virsmu apstrāde, metāla virsmu tīrīšana, metālu precīzā metināšana, metālu mikroapstrāde.
Īpaši ātrus lāzerus izmanto caurspīdīgu materiālu, piemēram, stikla, PET un safīra, kā arī cietu un trauslu materiālu griešanai un metināšanai. precīza marķēšana, oftalmoloģiskā ķirurģija, materiālu mikroskopiskā pasivācija un kodināšana.
No lietošanas viedokļa lieljaudas nepārtrauktas darbības lāzeriem un īpaši ātriem lāzeriem gandrīz nav savstarpējas aizvietošanas. Tie ir kā cirvji un pincetes, un to izmēriem ir savas priekšrocības un trūkumi. Neultraātru impulsu lāzeru pielietojumi dažkārt pārklājas ar nepārtrauktas darbības lāzeriem un īpaši ātriem lāzeriem. No faktiskajiem rezultātiem, vienā un tajā pašā pielietojumā, to jauda nav tik laba kā nepārtrauktas darbības lāzeriem, un to precizitāte nav tik laba kā īpaši ātriem lāzeriem. Jo izteiktāka ir izmaksu un veiktspējas attiecība.
Īpaši nano2nd ultravioletais lāzers, lai gan tā impulsa platums nesasniedz piko2nd līmeni, bet apstrādes precizitāte ir ievērojami uzlabota salīdzinājumā ar citiem krāsu nano2nd lāzeriem, ir plaši izmantots 3C produktu apstrādē un ražošanā. Nākotnē, samazinoties īpaši ātro lāzeru izmaksām, tas varētu ieņemt nano2nd ultravioleto tirgu.
Īpaši ātrie lāzeri reāli īsteno auksto apstrādi un tiem ir ievērojamas priekšrocības precīzā apstrādē. Īpaši ātro lāzeru ražošanas tehnoloģijai pakāpeniski attīstoties, izmaksas pakāpeniski samazinās. Nākotnē paredzams, ka tos plaši izmantos medicīnas bioloģijā, kosmosa, plaša patēriņa elektronikas, apgaismojuma displeju, enerģijas vides, precīzijas iekārtu un citās pakārtotajās nozarēs.
Medicīniskā kosmetoloģija
Īpaši ātrus lāzerus var izmantot medicīniskās acu ķirurģijas iekārtās un kosmētiskajās ierīcēs. Femto2 lāzers tiek izmantots miopijas ķirurģijā un pēc viļņu frontes aberācijas tehnoloģijas ir pazīstams kā "vēl viena revolūcija refraktīvā ķirurģijā". Miopijas pacientu acs ass ir lielāka nekā normāla acs ass, tāpēc acs ābola relaksācijas stāvoklī paralēlo gaismas staru fokuss pēc acs refrakcijas sistēmas refrakcijas atrodas tīklenes priekšā. Femto2 lāzerķirurģija var noņemt lieko muskulatūru aksiālajā dimensijā un atjaunot aksiālo attālumu normālā stāvoklī. Femto2 lāzerķirurģijai ir tādas priekšrocības kā augsta precizitāte, augsta drošība, augsta stabilitāte, īss operācijas laiks un augsts komforts, un tā ir kļuvusi par vienu no visizplatītākajām miopijas ķirurģijas metodēm.
Runājot par skaistumu, īpaši ātrus lāzerus var izmantot pigmenta un dzimto dzimumzīmju noņemšanai, tetovējumu noņemšanai un ādas novecošanās uzlabošanai.
Patērētāju elektronikas
Īpaši ātrie lāzeri ir piemēroti cietu un trauslu caurspīdīgu materiālu apstrādei, plānu kārtiņu apstrādei, precīzai marķēšanai utt. patēriņa elektronikas ražošanas procesā. Mobilo tālruņu rūdītais stikls un safīrs ir tipiski cietie, trauslie un caurspīdīgie materiāli patēriņa elektronikas izejvielās, īpaši safīrā, pateicoties tā augstajai cietībai un trauslumam, tradicionālo apstrādes metožu efektivitāte un ražība ir ļoti zema; safīrs tagad tiek plaši izmantots viedpulksteņos, mobilo tālruņu kameru vāciņos, pirkstu nospiedumu moduļu vāciņos utt.; nano2 ultravioletais lāzers un īpaši ātrais lāzers pašlaik ir galvenie tehniskie līdzekļi safīra griešanai, un īpaši ātrā lāzera apstrādes efekts ir labāks nekā ultravioletajam nano2 lāzeram. Turklāt kameru moduļu un pirkstu nospiedumu moduļu izmantotās apstrādes metodes galvenokārt ir nano2 un piko2 lāzeri. Elastīgu mobilo tālruņu ekrānu (salokāmo ekrānu) griešanai un atbilstošajiem... 3D Nākotnē stikla urbšanā galvenā tehnoloģija, visticamāk, būs īpaši ātrie lāzeri.
Īpaši ātriem lāzeriem ir arī svarīgs pielietojums paneļu ražošanā. Īpaši ātrus lāzerus var izmantot OLED polarizatoru griešanai, lobīšanai un remontam LCD/OLED ražošanas laikā.
OLED displeju polimēru materiāli ir īpaši jutīgi pret termiskām ietekmēm. Turklāt pašlaik ražoto šūnu izmērs un atstarpes ir ļoti mazas, un arī atlikušais apstrādes izmērs ir ļoti mazs. Tradicionālais griešanas process, kāds bija iepriekš, vairs nav piemērots mūsdienās. Nozares ražošanas vajadzības un tagad ir lietojumprogrammu prasības attiecībā uz īpašas formas ekrāniem un perforētiem ekrāniem, kas pārsniedz tradicionālo amatniecības spēju. Tādā veidā tiek atspoguļotas īpaši ātro lāzeru priekšrocības, īpaši piko2nd ultravioleto vai pat femto2nd lāzeru, kuriem ir maza termiski ietekmētā zona un kas ir piemērotāki elastīgākiem lietojumiem, piemēram, līkņu apstrādei.
Mikro metināšana
Caurspīdīgiem cietiem materiāliem, piemēram, stiklam, īpaši īsu impulsu lāzeram izplatoties vidē, radīsies dažādas parādības, piemēram, nelineāra absorbcija, kušanas bojājumi, plazmas veidošanās, ablācija un šķiedru izplatīšanās. Attēlā parādītas dažādas parādības, kas rodas īpaši īsu impulsu lāzera un cieta materiāla mijiedarbībā dažādos jaudas blīvumos un laika skalās.
Tā kā īpaši īso impulsu lāzera mikrometināšanas tehnoloģijai nav nepieciešams ievietot starpslāni, tai ir augsta efektivitāte, augsta precizitāte, nav makroskopiska termiskā efekta un tai pēc mikrometināšanas apstrādes ir relatīvi ideālas mehāniskās un optiskās īpašības, tā ir ļoti piemērota caurspīdīgu materiālu, piemēram, stikla, mikrometināšanai. Piemēram, pētnieki ir veiksmīgi metinājuši gala vāciņus pie standarta un mikrostrukturētām optiskajām šķiedrām, izmantojot 70 fs, 250 kHz impulsus.
Displeja apgaismojums
Īpaši ātro lāzeru pielietojums displeju apgaismojuma jomā galvenokārt attiecas uz LED plākšņu iegravēšanu un griešanu. Šis ir vēl viens piemērs tam, ka īpaši ātrie lāzeri ir piemēroti cietu un trauslu materiālu apstrādei. Īpaši ātrajai lāzerapstrādei ir augsts šķērsgriezuma līdzenums un ievērojami samazināta malu šķembošana. Efektivitāte un precizitāte ir ievērojami uzlabota.
Fotoelementu enerģija
Īpaši ātriem lāzeriem ir plaša pielietojuma joma fotoelektrisko elementu ražošanā. Piemēram, CIGS plānplēves akumulatoru ražošanā īpaši ātrie lāzeri var aizstāt sākotnējo mehānisko skrāpēšanas procesu un ievērojami uzlabot skrāpēšanas kvalitāti, īpaši P2 un P3 skrāpēšanas saitēm, kas var panākt gandrīz nekādu šķembu, plaisu un atlikušo spriegumu.
Aerospace
Lai uzlabotu turbīnu lāpstiņu veiktspēju un kalpošanas laiku, un pēc tam uzlabotu dzinēja veiktspēju, ir nepieciešams ieviest gaisa plēves dzesēšanas tehnoloģiju, kas izvirza ārkārtīgi augstas prasības gaisa plēves caurumu apstrādes tehnoloģijai. 2018. gadā Sjiānas Optikas un mehānikas institūts izstrādāja Ķīnā visaugstākās viena impulsa enerģijas lāzeru. 26 vatu rūpnieciskās klases femto2 šķiedru lāzers un virkne īpaši ātru lāzeru ekstremālu ražošanas iekārtu ir panācis izrāvienu gaisa dzinēju turbīnu lāpstiņu gaisa plēves caurumu "aukstajā apstrādē", aizpildot vietējo robu. Šī apstrādes metode ir progresīvāka nekā EDM. Metodes precizitāte ir augstāka, un ražas līmenis ir ievērojami uzlabots.
Īpaši ātrus lāzerus var izmantot arī šķiedru armētu kompozītmateriālu precīzai apstrādei, un apstrādes precizitātes uzlabošana palīdzēs paplašināt tādu kompozītmateriālu kā oglekļa šķiedras pielietojumu kosmosa un citās augstas klases jomās.
Pētniecības lauks
2-fotonu polimerizācijas tehnoloģija (2PP) ir "nanoptiska" 3D drukāšanas metode, līdzīga gaismas sacietēšanas ātrās prototipēšanas tehnoloģijai, un futurists Kristofers Barnats uzskata, ka šī tehnoloģija varētu kļūt par plaši izplatītu 3D drukāšana nākotnē. 2-fotonu polimerizācijas tehnoloģijas princips ir selektīvi sacietēt gaismjutīgu sveķi, izmantojot "femto2. impulsa lāzeru". Tas izklausās pēc fotocietināšanas ātrās prototipēšanas, atšķirība ir tāda, ka minimālais slāņa biezums un XY ass izšķirtspēja, ko var sasniegt ar 2-fotonu polimerizācijas tehnoloģiju, ir no 100 nm līdz 200 nm. Citiem vārdiem sakot, 2PP 3D Drukāšanas tehnoloģija ir simtiem reižu precīzāka nekā tradicionālā gaismas cietēšanas formēšanas tehnoloģija, un drukātās lietas ir mazākas par baktērijām.
Pašlaik īpaši ātru lāzeru cena joprojām ir samērā augsta. Kā nozares pionieris, STYLECNC jau ražo īpaši ātras lāzerapstrādes iekārtas un ir guvusi labas tirgus atsauksmes. Ir laistas klajā lāzera precīzās griešanas iekārtas OLED moduļiem, kuru pamatā ir īpaši ātra lāzera tehnoloģija, īpaši ātras (pikosekundes/femtosekundes) lāzera marķēšanas iekārtas, stikla slīpēšanas lāzerapstrādes iekārtas pico2nd infrasarkano displeju ekrāniem un pico2nd infrasarkano stikla plāksnītes. Lāzergriešanas iekārtas, LED automātiskās neredzamās griešanas mašīna, pusvadītāju plāksnīte. lāzera griešanas iekārtas, stikla pārsegu griešanas iekārtas pirkstu nospiedumu identifikācijas moduļiem, elastīgas displeju masveida ražošanas līnijas un virkne īpaši ātru lāzera izstrādājumu.
Plusi mīnusi
Plusi
Īpaši ātrais lāzers ir viens no svarīgākajiem attīstības virzieniem lāzeru jomā. Kā jaunai tehnoloģijai tam ir ievērojamas priekšrocības precīzā mikroapstrādē. Īpaši ātrā lāzera ģenerētais īpaši īsais impulss ļoti īsu laiku mijiedarbojas ar materiālu un nerada siltumu apkārtējiem materiāliem, tāpēc īpaši ātro lāzerapstrādi sauc arī par auksto apstrādi. Tas ir tāpēc, ka, kad lāzera impulsa platums sasniedz pikosekundes vai femtosekundes līmeni, var lielā mērā novērst ietekmi uz molekulāro termisko kustību, kā rezultātā samazinās termiskā ietekme.
Piemēram, griežot konservētas olas ar neasu virtuves nazi, mēs tās bieži sagriežam smalkos gabaliņos. Ja izvēlaties griešanas metodi ar īpaši asu naža asmeni, kas ātri sagriež nekārtību, konservētās olas tiks sagrieztas vienmērīgi un skaisti. Tā ir īpaši ātras apstrādes priekšrocība.
Mīnusi
Augstas klases ražošanas nozarēm, piemēram, integrēto shēmu un paneļu ražošanai, ir ārkārtīgi augstas prasības attiecībā uz lāzerapstrādes iekārtām, un pastāv risks, ka tehnoloģiskie sasniegumi neatbildīs cerībām.
Īpaši ātru lāzeru cena ir augsta, un pāreja uz jaunu lāzeru piegādātāju rada risku, ka gan lāzeriekārtu ražotāji, gan pakārtotie lietotāji nevarēs paplašināt tirgu, kā paredzēts.
