الليزر فائق السرعة هو نوع من الليزر النبضي شديد الكثافة والقصير للغاية مع عرض نبضة أقل أو ضمن مستوى البيكو ثانية (10-12 ثانية) ، والذي يتم تحديده بناءً على شكل موجة خرج الطاقة.
يعتمد اسم الليزر على "ظاهرة فائقة السرعة" ، والتي تشير إلى ظاهرة يتغير فيها النظام المجهري للمادة بسرعة في عملية فيزيائية أو كيميائية أو بيولوجية. في النظام الذري والجزيئي ، يكون المقياس الزمني لحركة الذرات والجزيئات في حدود البيكو ثانية إلى الفيمتوثانية. على سبيل المثال ، تكون فترة الدوران الجزيئي بترتيب البيكو ثانية وفترة الاهتزاز في حدود الفيمتوثانية.
عندما يصل عرض نبضة الليزر إلى مستوى البيكو ثانية أو الفيمتوثانية ، فإنه يتجنب إلى حد كبير أي تأثير له على الحركة الحرارية الكلية للجزيئات ، وهو الجوهر المجهري لدرجة حرارة غير لامع. بالإضافة إلى ذلك ، تتأثر المادة وتتولد من خلال المقياس الزمني للاهتزاز الجزيئي ، مما يعني أنه أثناء المعالجة ، يتم تقليل التأثير الحراري بشكل كبير.
جدول المحتويات
أنواع الليزر فائق السرعة
مكونات الليزر فائق السرعة
تطبيقات الليزر فائقة السرعة
إيجابيات وسلبيات الليزر فائق السرعة
أنواع الليزر فائق السرعة
هناك العديد من طرق التصنيف لليزر ، مع تصنيف طرق التصنيف الأربعة الأكثر شيوعًا حسب مادة العمل ، والتصنيف حسب شكل موجة خرج الطاقة (وضع العمل) ، والتصنيف حسب الطول الموجي الناتج (اللون) ، والتصنيف حسب الطاقة.
وفقًا لشكل موجة خرج الطاقة ، يمكن تقسيم الليزر إلى ليزر مستمر ، وليزر نابض ، وليزر شبه مستمر:
الليزر المستمر
الليزر المستمر هو ليزر ينتج باستمرار أشكال موجية ثابتة للطاقة خلال ساعات العمل. يتميز بقوة عالية وقدرته على معالجة المواد الضخمة بنقطة انصهار عالية ، مثل الألواح المعدنية.
الليزر النبضي
ينتج الليزر النبضي الطاقة على شكل نبضات. وفقًا لعرض النبضة ، يمكن تقسيم هذه الليزرات إلى ليزر ميلي ثانية ، ليزر ميكرو ثانية ، أجهزة إيقاف تشغيل نانوثانية ، ليزر بيكو ثانية ، ليزر فيمتوثانية ، ليزر أتو ثانية. على سبيل المثال ، إذا كان عرض نبضة الليزر الناتج يتراوح بين 1-1000 نانوثانية ، فسيتم تصنيفها على أنها ليزر نانوثاني. بالنسبة لليزر البيكو ثانية ، وليزر الفيمتوثانية ، وليزر الأتوثانية ، والليزر فائق السرعة ، تكون قوة الليزر النبضي أقل بكثير من الليزر المستمر ولكن دقة المعالجة أعلى. بشكل عام ، كلما كان عرض النبضة أضيق ، زادت دقة المعالجة.
ليزر شبه CW
ليزر شبه CW هو ليزر نبضي يمكنه بشكل متكرر إخراج ليزر عالي الطاقة نسبيًا خلال فترة معينة.
يمكن أيضًا وصف أشكال موجات خرج الطاقة الخاصة بأشعة الليزر الثلاثة المذكورة أعلاه بواسطة المعلمة "دورة العمل".
بالنسبة لليزر ، يمكن تفسير دورة العمل على أنها نسبة "وقت خرج طاقة الليزر" بالنسبة إلى "الوقت الإجمالي" داخل دورة النبض. لذلك ، دورة عمل ليزر CW (= 1)> دورة عمل ليزر شبه CW> دورة عمل ليزر نابض. بشكل عام ، كلما كان عرض نبضة الليزر النبضي أضيق ، انخفضت دورة العمل.
في مجال معالجة المواد ، كان الليزر النبضي في البداية منتجًا انتقاليًا لليزر المستمر. هذا لأن طاقة خرج الليزر المستمرة غير قادرة على الوصول إلى مستوى عالٍ للغاية بسبب تأثير العوامل بما في ذلك قدرة تحمل المكونات الأساسية ومستوى التكنولوجيا في المرحلة المبكرة ، فضلاً عن حقيقة أن المادة لا يمكن تسخينها إلى نقطة الانصهار. هذه العوامل هي التي تحقق الغرض من المعالجة ، أي الحاجة إلى الابتكار.
جاء الابتكار بوسائل تقنية معينة تُستخدم لتركيز طاقة خرج الليزر على نبضة واحدة. أدى هذا إلى توقف الطاقة الكلية لليزر عن التغيير ولكنه سمح بزيادة الطاقة اللحظية في وقت النبضة بشكل كبير وبالتالي تلبية متطلبات معالجة المواد.
لاحقًا ، نضجت تقنية الليزر المستمر تدريجيًا ووجد أن الليزر النبضي له ميزة كبيرة في دقة المعالجة. وذلك لأن التأثير الحراري لليزر النبضي على المواد أصغر ؛ كلما كان عرض نبضة الليزر أضيق ، كلما قل التأثير الحراري ؛ وكلما كانت حافة المواد المعالجة أكثر سلاسة ، زادت دقة المعالجة المقابلة.
مكونات الليزر فائق السرعة
اثنان من المتطلبات الأساسية للليزر لاعتباره ليزرًا فائق السرعة هما النبضة فائقة القصر ذات الثبات العالي وطاقة النبضات العالية. بشكل عام ، يمكن الحصول على نبضات فائقة القصر باستخدام تقنية قفل الوضع ، بينما يمكن الحصول على طاقة نبضة عالية باستخدام تقنية تضخيم CPA.
تشمل المكونات الأساسية المتضمنة المذبذبات والنقالات ومكبرات الصوت والضواغط. من بينها ، المذبذب ومضخم الصوت هما الأكثر تحديًا ، لكنهما أيضًا التكنولوجيا الأساسية وراء أي شركة تصنيع ليزر فائق السرعة.
مذبذب
تُستخدم تقنية قفل الوضع للحصول على نبضات ليزر فائقة السرعة في المذبذب.
نقالة
تعمل النقالة على شد نبضات الفيمتو ثانية في الوقت المناسب باستخدام أطوال موجية مختلفة.
مكبر الصوت
يستخدم مكبر الصوت النقيق لتنشيط النبض الممتد الآن بالكامل.
ضاغط
يوحد الضاغط الأطياف المضخمة للمكونات المختلفة ويعيدها إلى عرض الفيمتوثانية ، وبالتالي تكوين نبضات ليزر فيمتوثانية بقوة فورية عالية للغاية.
تطبيقات الليزر فائقة السرعة
عند مقارنتها بالليزرات ذات النانو ثانية والملي ثانية ، تتمتع الليزر فائق السرعة بقدرة إجمالية أقل ، ومع ذلك ، نظرًا لأنها تعمل بشكل مباشر على النطاق الزمني للاهتزازات الجزيئية للمواد ، فإن الليزر فائق السرعة يدرك "المعالجة الباردة" بالمعنى الحقيقي ، مما يعني تحسين دقة المعالجة بشكل كبير.
نظرًا لخصائصها المختلفة ، فإن أشعة الليزر المستمرة عالية الطاقة ، والليزر النبضي غير فائق السرعة ، والليزر فائق السرعة جميعها تقدم اختلافات كبيرة في مجالات تطبيق المصب:
تُستخدم أشعة الليزر المستمرة عالية الطاقة (وأشعة الليزر شبه المستمرة) في القطع والتلبيد ، لحاموتكسية الأسطح والحفر والطباعة ثلاثية الأبعاد للمواد المعدنية.
تُستخدم الليزر النبضي غير فائق السرعة لتمييز المواد غير المعدنية ومعالجة مواد السيليكون وتنظيفها وتنفيذها نقش دقيق على الأسطح المعدنية ومعادن اللحام الدقيقة ومعادن الماكينات الدقيقة.
تُستخدم أشعة الليزر فائقة السرعة لقطع ولحام المواد الصلبة والهشة ، بالإضافة إلى المواد الشفافة مثل الزجاج و PET والياقوت. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدامها ل وسم دقيقوجراحة العيون والتخميل المجهري والحفر.
من وجهة نظر استخدامهم ، فإن ليزر CW عالي الطاقة والليزر فائق السرعة ليس لهما علاقة استبدال متبادلة تقريبًا. إنها مثل المحاور والملاقط ، وأحجامها لها مزاياها وعيوبها.
تتداخل تطبيقات الليزر النبضي غير فائق السرعة مع تطبيقات الليزر المستمر والليزر فائق السرعة. ومع ذلك ، بناءً على النتائج التي يتم تحقيقها في نفس التطبيقات ، فإن قوة الليزر النبضي غير فائق السرعة ليست بنفس جودة الليزر المستمر ودقته ليست بنفس جودة الليزر فائق السرعة. الميزة الأبرز هي أداء التكلفة.
الليزر فوق البنفسجي نانوثانية على وجه الخصوص ، على الرغم من وجود عرض نبضة لا يصل إلى مستوى البيكو ثانية ، إلا أنه يتمتع بدقة معالجة أعلى بكثير من الليزر الملون نانوثانية. يتم استخدام الليزر فوق البنفسجي النانوي على نطاق واسع في معالجة وتصنيع منتجات 3C ومع انخفاض تكلفة الليزر فائق السرعة في المستقبل ، فقد يحتل سوق الأشعة فوق البنفسجية النانوية.
تدرك الليزر فائق السرعة المعالجة الباردة بالمعنى الحقيقي ولها مزايا كبيرة في المعالجة الدقيقة. بالإضافة إلى ذلك ، مع نضوج تكنولوجيا الإنتاج تدريجياً ، ستنخفض تكلفة هذه الليزرات فائقة السرعة. لهذه الأسباب ، من المتوقع أن يتم استخدام هذه الليزرات على نطاق واسع في البيولوجيا الطبية ، والفضاء ، والإلكترونيات الاستهلاكية ، وشاشات الإضاءة ، وبيئة الطاقة ، والآلات الدقيقة ، وغيرها من الصناعات التحويلية في المستقبل.
التجميل الطبي
يمكن استخدام الليزر فائق السرعة في معدات جراحة العيون الطبية وأجهزة التجميل. على سبيل المثال ، يتم استخدام ليزر الفيمتو ثانية في جراحة قصر النظر وهو معروف ، بعد تقنية انحراف الجبهة الموجية ، بأنه "ثورة أخرى في الجراحة الانكسارية".
يكون محور العين للمرضى الذين يعانون من قصر النظر أكبر من محور العين الطبيعي ، مما يعني أنه عندما يكون في حالة الاسترخاء ، فإن تركيز أشعة الضوء الموازية بواسطة نظام الانكسار للعين بعد الانكسار يقع أمام الشبكية. يمكن لجراحة الفيمتو ثانية بالليزر إزالة العضلات الزائدة في البعد المحوري وإعادة المسافة المحورية إلى طولها الطبيعي. تتميز جراحة الفيمتو ثانية بالليزر بمزايا الدقة العالية ، والسلامة العالية ، والاستقرار العالي ، ووقت التشغيل القصير ، والراحة العالية ، مما جعلها واحدة من أكثر طرق جراحة قصر النظر شيوعًا.
فيما يتعلق بالجمال ، يمكن استخدام الليزر فائق السرعة لإزالة الصباغ والشامات الأصلية ، وإزالة الوشم ، وتحسين شيخوخة الجلد.
مستهلكى الكترونيات
الليزر فائق السرعة مناسب لمعالجة المواد الصلبة والشفافة الهشة ، ومعالجة الأغشية الرقيقة ، ووضع العلامات الدقيقة ، فضلاً عن توفير وظائف أخرى في عملية تصنيع الإلكترونيات الاستهلاكية. يعتبر الياقوت والزجاج المقسى ، مثل تلك المستخدمة في الهواتف المحمولة ، من المواد الصلبة والهشة والشفافة من بين المواد الخام المستخدمة في الإلكترونيات الاستهلاكية.
يستخدم الياقوت على وجه الخصوص على نطاق واسع في عناصر مثل الساعات الذكية وأغطية كاميرات الهواتف المحمولة وأغطية وحدة بصمات الأصابع. ومع ذلك ، نظرًا لمستوياتها العالية من الصلابة والهشاشة ، فإن الكفاءة ومعدل العائد لأساليب المعالجة التقليدية منخفضة جدًا. نتيجة لذلك ، تعتبر الليزر فوق البنفسجي النانوي والليزر فائق السرعة الوسيلة التقنية الرئيسية لقطع الياقوت ، مع تأثير المعالجة لليزر فائق السرعة أفضل من الليزر فوق البنفسجي النانوي. بالإضافة إلى الوظائف المذكورة أعلاه ، فإن الليزر النانوي وبيكوثاني هما أيضًا طرق المعالجة الرئيسية المستخدمة في وحدات الكاميرا ووحدات بصمات الأصابع.
من المرجح أيضًا أن تصبح الليزر فائق السرعة هي التقنية السائدة لقطع شاشات الهاتف المحمول المرنة (الشاشات القابلة للطي) وحفر الزجاج ثلاثي الأبعاد المقابل في المستقبل.
الليزر فائق السرعة له أيضًا تطبيقات مهمة في تصنيع الألواح ، مع استخدامات تشمل قطع مستقطبات OLED ، وعمليات التقشير والإصلاح أثناء تصنيع شاشات الكريستال السائل / OLED.
تعتبر مواد البوليمر في تصنيع OLED حساسة بشكل خاص للتأثيرات الحرارية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن حجم وتباعد الخلايا التي يتم تصنيعها حاليًا صغير جدًا ، كما هو الحال مع حجم المعالجة المتبقي. هذا يعني أن عملية قطع القوالب التقليدية لم تعد مناسبة. إن احتياجات الإنتاج للصناعة ومتطلبات التطبيق للشاشات ذات الأشكال الخاصة والشاشات المثقبة تتجاوز الآن قدرات الحرف التقليدية. وبالتالي ، فإن الفوائد التي توفرها الليزر فائق السرعة واضحة ، خاصة عند التفكير في أشعة الليزر فوق البنفسجية أو حتى الفيمتو ثانية ، والتي تحتوي على منطقة صغيرة متأثرة بالحرارة وتكون أكثر ملاءمة للتطبيقات المرنة مثل معالجة المنحنيات.
اللحام الجزئي
بالنسبة لمكونات الوسائط الصلبة الشفافة ، مثل الزجاج ، ستحدث العديد من الظواهر بما في ذلك الامتصاص غير الخطي وتلف الانصهار وتشكيل البلازما والاجتثاث وانتشار الألياف عندما ينتشر ليزر نبضي فائق القصر في الوسط. يوضح الشكل الظواهر المختلفة التي تحدث أثناء التفاعل بين ليزر نبضي فائق القصر والمادة الصلبة عندما تكون تحت كثافة طاقة مختلفة ومقاييس زمنية.
تعتبر تقنية اللحام الجزئي بالليزر ذات النبضات القصيرة للغاية مناسبة جدًا للحام الدقيق للمواد الشفافة مثل الزجاج لأنها لا تحتاج إلى إدخال طبقة وسيطة ، وتتميز بكفاءة عالية ودقة عالية ولا تأثير حراري مجهري ، وتقدم مثالية الخواص الميكانيكية والبصرية بعد معالجة اللحام الدقيق. على سبيل المثال ، نجح الباحثون في لحام أغطية نهائية للألياف الضوئية القياسية والميكروية باستخدام نبضات 70 fs و 250 kHz.
إضاءة الشاشة
يشير تطبيق الليزر فائق السرعة في مجال إضاءة العرض بشكل أساسي إلى نقش وقطع رقائق LED ، وهو مثال آخر على مدى ملاءمة الليزر فائق السرعة لمعالجة المواد الصلبة والهشة. تتميز المعالجة بالليزر فائقة السرعة بدقة وكفاءة جيدة ، فضلاً عن تسطيح المقطع العرضي العالي وتقليل تقطيع الحواف بشكل كبير.
الطاقة الكهروضوئية
تتمتع الليزر فائق السرعة بمساحة تطبيق واسعة في تصنيع الخلايا الكهروضوئية. على سبيل المثال ، في تصنيع بطاريات الأغشية الرقيقة CIGS ، يمكن أن تحل أشعة الليزر فائقة السرعة محل عملية النسخ الميكانيكية الأصلية لتحسين جودة النسخ بشكل كبير ، خاصة بالنسبة لوصلات النسخ P2 و P3 ، حيث لا يمكنها تحقيق أي تقطيع أو تشققات أو بقايا. ضغط.
فضاء
تقنية تبريد غشاء الهواء مطلوبة عند محاولة تحسين أداء المحرك وأداء وعمر خدمة ريش التوربينات المستخدمة في الفضاء. ومع ذلك ، فإن هذا يعني متطلبات عالية للغاية لتكنولوجيا معالجة ثقب فيلم الهواء.
في عام 2018 ، طور معهد شيان للبصريات والميكانيكا أعلى طاقة نبضة أحادية في الصين: 26 وات ، ليزر الألياف فيمتوثانية من الدرجة الصناعية. بالإضافة إلى ذلك ، فقد طوروا سلسلة من معدات التصنيع بالليزر المتطرفة والسريعة للغاية لتحقيق اختراق في "المعالجة الباردة" لثقوب غشاء الهواء في شفرات توربينات المحرك الهوائي وبالتالي سد الفجوة المحلية. طريقة المعالجة هذه أكثر تقدمًا من EDM ، ودقتها أعلى ، وتحسن معدل العائد بشكل كبير.
يمكن أيضًا تطبيق الليزر فائق السرعة على المعالجة الدقيقة للمواد المركبة المقواة بالألياف ، بينما ستساعد التحسينات في دقة المعالجة على توسيع تطبيق المواد المركبة مثل ألياف الكربون في الفضاء والمجالات المتطورة الأخرى.
مجال البحث
تقنية البلمرة ثنائية الفوتون (2PP) هي طريقة طباعة ثلاثية الأبعاد "نانوية بصرية" مشابهة لتقنية النماذج الأولية السريعة المعالجة بالضوء. يعتقد المستقبلي كريستوفر بارنات أن هذه التكنولوجيا قد تصبح شكلاً سائدًا للطباعة ثلاثية الأبعاد في المستقبل.
مبدأ تقنية 2PP هو العلاج الانتقائي للراتنج الحساس للضوء باستخدام "ليزر نبض فيمتوثانية". على الرغم من أنه يبدو مشابهًا للتصوير الضوئي للنماذج الأولية السريعة ، إلا أن الاختلاف هو أن الحد الأدنى لسمك الطبقة ودقة المحور XY التي يمكن أن تحققها تقنية 2PP تتراوح بين 100 نانومتر و 200 نانومتر. بمعنى آخر ، تعد تقنية الطباعة 2PP ثلاثية الأبعاد أكثر دقة بمئات المرات من تقنية قولبة المعالجة بالضوء التقليدية والأشياء المطبوعة أصغر من البكتيريا.
لا يزال سعر الليزر فائق السرعة باهظ الثمن نسبيًا ، ولكن كشركة رائدة في هذا المجال ، تقوم STYLECNC بالفعل بإنتاج معدات معالجة بالليزر فائقة السرعة وحققت ردود فعل جيدة في السوق. تم إطلاق معدات القطع بالليزر الدقيقة لوحدات OLED استنادًا إلى تقنية الليزر فائقة السرعة ، ومعدات الوسم بالليزر فائقة السرعة (بيكو ثانية / فيمتوثانية) ، ومعدات معالجة بالليزر لشطب الزجاج لشاشات العرض بالأشعة تحت الحمراء ذات البيكو ثانية ، والرقائق الزجاجية بالأشعة تحت الحمراء بيكو ثانية.
تشمل المنتجات التي تم إطلاقها بفضل هذه التقنيات معدات القطع بالليزر ، وآلات التقطيع غير المرئية الأوتوماتيكية LED ، ورقاقة أشباه الموصلات آلات القطع بالليزر، معدات قطع الغطاء الزجاجي لوحدات التعرف على بصمات الأصابع ، وخطوط إنتاج ضخمة للعرض المرن ، وسلسلة من منتجات الليزر فائقة السرعة.
إيجابيات وسلبيات الليزر فائق السرعة
مميزات الليزر فائق السرعة
يعد الليزر فائق السرعة أحد أهم اتجاهات التطوير في مجال الليزر. باعتبارها تقنية ناشئة ، فإنها تتمتع بمزايا كبيرة في التصنيع الدقيق الدقيق.
النبضة القصيرة جدًا التي يولدها الليزر فائق السرعة تعني أن الليزر نفسه يتفاعل فقط مع المادة لفترة قصيرة جدًا وبالتالي لن يجلب الحرارة إلى المواد المحيطة. بالإضافة إلى ذلك ، عندما يصل عرض نبضة الليزر إلى مستوى بيكو ثانية أو فيمتوثانية ، يمكن تجنب التأثير على الحركة الحرارية الجزيئية إلى حد كبير ، مما يؤدي إلى تقليل التأثير الحراري. لهذا السبب ، يُطلق على المعالجة بالليزر فائقة السرعة أيضًا اسم "المعالجة الباردة".
يمكن أن يكون المثال الرسومي الذي يوضح مزايا الليزر فائق السرعة عندما نقطع البيض المحفوظ بسكين مطبخ غير حاد. غالبًا ما نقوم بتقطيع البيض المحفوظ إلى قطع صغيرة ، لذلك إذا اخترت حافة سكين حادة تقطع بسرعة بدلاً من ذلك ، فسيتم تقطيع البيض المحفوظ بشكل متساوٍ وجميل.
سلبيات الليزر فائق السرعة
الصناعات التحويلية المتطورة ، مثل تلك التي تصنع الدوائر والألواح المتكاملة ، لديها متطلبات عالية للغاية لمعدات المعالجة بالليزر وهناك خطر حدوث اختراقات تكنولوجية جديدة لا ترقى إلى مستوى التوقعات.
سعر الليزر فائق السرعة مرتفع والتحول إلى مورد ليزر جديد يمثل خطر عدم القدرة على توسيع السوق كما كان متوقعًا في الأصل من قبل كل من مصنعي معدات الليزر والمستخدمين النهائيين.
مصدر من stylecnc.com
إخلاء المسؤولية: يتم توفير المعلومات الموضحة أعلاه بواسطة stylecnc بشكل مستقل عن Alibaba.com. لا تقدم Alibaba.com أي تعهدات وضمانات فيما يتعلق بجودة وموثوقية البائع والمنتجات.
