Laser ultrafast adalah jenis laser berdenyut ultra-intensif, ultra-pendek dengan lebar pulsa di bawah atau dalam level picosecond (10-12s), yang ditentukan berdasarkan bentuk gelombang keluaran energi.
Nama laser didasarkan pada "fenomena ultrafast", yang mengacu pada fenomena di mana sistem mikroskopis materi berubah dengan cepat dalam proses fisik, kimia, atau biologis. Dalam sistem atom dan molekuler, skala waktu gerak atom dan molekul berada dalam urutan pikodetik hingga femtodetik. Sebagai contoh, periode rotasi molekul dalam urutan pikodetik dan periode getaran dalam urutan femtosekon.
Ketika lebar pulsa laser mencapai tingkat picosecond atau femtosecond, sebagian besar menghindari pengaruhnya terhadap keseluruhan gerakan termal molekul, yang merupakan esensi mikroskopis dari suhu matte. Selain itu, material dipengaruhi dan dihasilkan oleh skala waktu getaran molekuler, yang berarti bahwa selama pemrosesan, efek termal sangat berkurang.
Daftar Isi
Jenis laser ultrafast
Komponen laser ultrafast
Aplikasi laser ultra cepat
Pro dan kontra dari laser ultrafast
Jenis laser ultrafast
Ada banyak metode klasifikasi untuk laser, dengan empat metode klasifikasi yang paling umum digunakan adalah klasifikasi berdasarkan bahan kerja, klasifikasi berdasarkan bentuk gelombang keluaran energi (mode kerja), klasifikasi berdasarkan panjang gelombang keluaran (warna), dan klasifikasi berdasarkan daya.
Menurut bentuk gelombang keluaran energi, laser dapat dibagi menjadi laser kontinu, laser berdenyut, dan laser kuasi-kontinu:
Laser terus menerus
Laser kontinu adalah laser yang secara terus-menerus menghasilkan bentuk gelombang energi yang stabil selama jam kerja. Ini dicirikan oleh daya tinggi dan kemampuannya untuk memproses material yang banyak dengan titik leleh tinggi, seperti pelat logam.
Laser berdenyut
Laser berdenyut mengeluarkan energi dalam bentuk pulsa. Menurut lebar pulsa, laser ini dapat dibagi lagi menjadi laser milidetik, laser mikrodetik, perangkat shutdown nanodetik, laser picosecond, laser femtosecond, dan laser attosecond. Misalnya, jika lebar pulsa laser keluaran antara 1-1000 ns, laser tersebut akan digolongkan sebagai laser nanodetik. Untuk laser picosecond, laser femtosecond, laser attosecond, dan laser ultrafast, kekuatan laser berdenyut jauh lebih rendah daripada laser kontinu tetapi akurasi pemrosesannya lebih tinggi. Secara umum, semakin sempit lebar pulsa, semakin tinggi akurasi pemrosesan.
Laser kuasi-CW
Laser quasi-CW adalah laser pulsa yang dapat berulang kali mengeluarkan laser berenergi relatif tinggi dalam periode tertentu.
Bentuk gelombang keluaran energi dari tiga laser yang disebutkan di atas juga dapat dijelaskan oleh parameter "siklus tugas".
Untuk laser, siklus tugas dapat diartikan sebagai rasio "waktu keluaran energi laser" relatif terhadap "waktu total" dalam siklus pulsa. Jadi, siklus tugas laser CW (=1) > siklus tugas laser quasi-CW > siklus tugas laser berdenyut. Umumnya, semakin sempit lebar pulsa dari laser pulsa, semakin rendah siklus kerjanya.
Di bidang pemrosesan material, laser berdenyut pada awalnya merupakan produk transisi dari laser kontinu. Ini karena daya keluaran laser kontinyu tidak dapat mencapai sangat tinggi karena pengaruh faktor termasuk daya dukung komponen inti dan tingkat teknologi pada tahap awal, serta fakta bahwa material tidak dapat dipanaskan hingga titik leleh. Faktor-faktor inilah yang mencapai tujuan pengolahan, artinya perlu adanya inovasi.
Inovasi datang dengan cara teknis tertentu yang digunakan untuk memusatkan energi keluaran laser pada satu pulsa. Hal ini menghentikan perubahan daya total laser tetapi memungkinkan daya sesaat pada saat denyut nadi meningkat pesat sehingga memenuhi persyaratan pemrosesan material.
Belakangan, teknologi laser terus menerus secara bertahap matang dan ditemukan bahwa laser berdenyut memiliki keunggulan besar dalam akurasi pemrosesan. Ini karena efek termal dari laser berdenyut pada bahan lebih kecil; semakin sempit lebar pulsa laser, semakin kecil efek termalnya; dan semakin halus tepi bahan yang diproses, semakin tinggi akurasi pemesinan yang sesuai.
Komponen laser ultrafast
Dua dari persyaratan inti untuk laser yang dianggap sebagai laser ultrafast adalah pulsa ultrashort stabilitas tinggi dan energi pulsa tinggi. Umumnya, pulsa ultrashort dapat diperoleh dengan menggunakan teknologi penguncian mode, sedangkan energi pulsa tinggi dapat diperoleh dengan menggunakan teknologi amplifikasi CPA.
Komponen inti yang terlibat meliputi osilator, tandu, amplifier, dan kompresor. Diantaranya, osilator dan amplifier adalah yang paling menantang, tetapi keduanya juga merupakan teknologi inti di balik perusahaan manufaktur laser ultracepat mana pun.
Osilator
Teknik penguncian mode digunakan untuk mendapatkan pulsa laser ultra cepat di osilator.
Usungan
Tandu meregangkan pulsa benih femtosecond terpisah dalam waktu dengan menggunakan panjang gelombang yang berbeda.
Pengeras
Penguat berkicau digunakan untuk memberi energi penuh pada pulsa yang sekarang diregangkan.
Kompresor
Kompresor menyatukan spektrum yang diperkuat dari berbagai komponen dan mengembalikannya ke lebar femtosecond, sehingga membentuk pulsa laser femtosecond dengan daya sesaat yang sangat tinggi.
Aplikasi laser ultra cepat
Jika dibandingkan dengan laser nanodetik dan milidetik, laser ultracepat memiliki daya keseluruhan yang lebih rendah, namun, karena mereka secara langsung bekerja pada skala waktu dari getaran molekul material, laser ultracepat mewujudkan "pemrosesan dingin" dalam arti sebenarnya, yang berarti akurasi pemrosesan yang jauh lebih baik.
Karena karakteristiknya yang berbeda, laser kontinu berdaya tinggi, laser berdenyut non-ultracepat, dan laser ultracepat semuanya menghadirkan perbedaan besar dalam bidang aplikasi hilir:
Laser kontinu berdaya tinggi (dan laser kuasi-kontinu) digunakan untuk memotong, sintering, pengelasan, kelongsong permukaan, pengeboran, dan pencetakan 3D bahan logam.
Laser berdenyut non-ultrafast digunakan untuk menandai bahan non-logam, memproses bahan silikon, membersihkan, dan menjalankan ukiran presisi pada permukaan logam, logam las presisi, dan logam mesin mikro.
Laser ultracepat digunakan untuk memotong dan mengelas bahan keras dan rapuh, serta bahan transparan seperti kaca, PET, dan safir. Selain itu, mereka digunakan untuk penandaan presisi, operasi mata, pasivasi mikroskopis, dan etsa.
Dari sudut pandang penggunaannya, laser CW berdaya tinggi dan laser ultracepat hampir tidak memiliki hubungan substitusi timbal balik. Mereka seperti kapak dan pinset, dan ukurannya memiliki kelebihan dan kekurangan.
Aplikasi hilir laser berdenyut non-ultracepat memang memiliki beberapa tumpang tindih dengan laser kontinu dan laser ultracepat. Namun, dilihat dari hasil yang dicapai dengan aplikasi yang sama, kekuatan laser non-ultrafast pulsed tidak sebaik laser continuous dan akurasinya tidak sebaik laser ultrafast. Fitur yang paling menonjol adalah kinerja biaya.
Laser ultraviolet nanodetik khususnya, meskipun memiliki lebar pulsa yang tidak mencapai tingkat picosecond, memiliki akurasi pemrosesan yang jauh lebih tinggi daripada laser nanodetik warna lainnya. Laser ultraviolet nanodetik digunakan secara luas dalam pemrosesan dan pembuatan produk 3C dan karena biaya laser ultracepat menurun di masa mendatang, laser ini dapat menduduki pasar ultraviolet nanodetik.
Laser ultracepat mewujudkan pemrosesan dingin dalam arti sebenarnya dan memiliki keunggulan signifikan dalam pemrosesan presisi. Selain itu, seiring dengan semakin matangnya teknologi produksi, biaya laser ultracepat ini akan berkurang. Untuk alasan ini, diharapkan laser ini akan digunakan secara luas dalam biologi medis, kedirgantaraan, elektronik konsumen, tampilan pencahayaan, lingkungan energi, mesin presisi, dan industri hilir lainnya di masa mendatang.
Tata rias medis
Laser ultrafast dapat digunakan dalam peralatan bedah mata medis dan perangkat kosmetik. Misalnya, laser femtosecond digunakan dalam bedah miopia dan dikenal, setelah teknologi aberasi muka gelombang, sebagai “revolusi lain dalam bedah refraktif”.
Sumbu mata penderita rabun jauh lebih besar dari sumbu mata normal, artinya saat dalam keadaan relaksasi, fokus sinar cahaya sejajar oleh sistem refraksi mata setelah refraksi jatuh di depan retina. Operasi laser femtosecond dapat menghilangkan kelebihan otot pada dimensi aksial dan mengembalikan jarak aksial ke panjang normalnya. Operasi laser femtosecond memiliki keunggulan akurasi tinggi, keamanan tinggi, stabilitas tinggi, waktu operasi singkat, dan kenyamanan tinggi, yang membuatnya menjadi salah satu metode operasi miopia paling utama.
Dalam hal kecantikan, laser ultra cepat dapat digunakan untuk menghilangkan pigmen dan tahi lalat asli, menghilangkan tato, dan memperbaiki penuaan kulit.
elektronik konsumen
Laser ultracepat cocok untuk pemrosesan bahan transparan yang keras dan rapuh, pemrosesan film tipis, dan penandaan presisi, serta menyediakan fungsi lain dalam proses manufaktur elektronik konsumen. Safir dan kaca temper, seperti yang digunakan pada ponsel, dianggap sebagai bahan keras, rapuh, dan transparan di antara bahan mentah yang digunakan dalam elektronik konsumen.
Safir khususnya banyak digunakan pada barang-barang seperti jam tangan pintar, penutup kamera ponsel, dan penutup modul sidik jari. Namun, karena tingkat kekerasan dan kerapuhannya yang tinggi, tingkat efisiensi dan hasil dari metode pemesinan tradisional sangat rendah. Karena itu, laser ultraviolet nanodetik dan laser ultracepat adalah sarana teknis utama untuk memotong safir, dengan efek pemrosesan laser ultracepat lebih baik daripada laser nanodetik ultraviolet. Selain fungsi di atas, laser nanodetik dan pikodetik juga merupakan metode pemrosesan utama yang digunakan oleh modul kamera dan modul sidik jari.
Laser ultrafast kemungkinan besar juga akan menjadi teknologi arus utama untuk pemotongan layar ponsel fleksibel (layar lipat) dan pengeboran kaca 3D yang sesuai di masa mendatang.
Laser ultracepat juga memiliki aplikasi penting dalam pembuatan panel, dengan kegunaan termasuk memotong polarizer OLED, dan proses pengelupasan dan perbaikan selama pembuatan LCD/OLED.
Bahan polimer dalam manufaktur OLED sangat sensitif terhadap pengaruh termal. Selain itu, ukuran dan jarak sel yang dibuat saat ini sangat kecil, begitu pula dengan ukuran pemrosesan yang tersisa. Artinya proses die-cutting tradisional sudah tidak sesuai lagi. Kebutuhan produksi industri dan persyaratan aplikasi untuk layar berbentuk khusus dan layar berlubang kini berada di luar kemampuan kerajinan tradisional. Dengan demikian, manfaat yang diberikan oleh laser ultrafast sudah jelas, terutama saat mempertimbangkan laser ultraviolet picosecond atau bahkan femtosecond, yang memiliki zona kecil yang terpengaruh panas dan lebih cocok untuk aplikasi fleksibel seperti pemrosesan kurva.
Pengelasan mikro
Untuk komponen media padat transparan, seperti kaca, berbagai fenomena termasuk penyerapan non-linear, kerusakan akibat lelehan, pembentukan plasma, ablasi, dan perambatan serat akan terjadi ketika laser pulsa ultrashort merambat di dalam media. Gambar tersebut menunjukkan berbagai fenomena yang terjadi selama interaksi antara laser pulsa ultrashort dan bahan padat ketika berada di bawah kerapatan daya dan skala waktu yang berbeda.
Teknologi pengelasan mikro laser pulsa ultra-pendek sangat cocok untuk pengelasan mikro bahan transparan seperti kaca karena tidak perlu memasukkan lapisan perantara, memiliki efisiensi tinggi, presisi tinggi, tidak ada efek termal makroskopis, dan menghadirkan ideal sifat mekanik dan optik setelah perawatan mikro-las. Misalnya, para peneliti telah berhasil mengelas tutup ujung ke serat optik standar dan berstruktur mikro menggunakan pulsa 70 fs, 250 kHz.
Tampilan pencahayaan
Penerapan laser ultrafast di bidang pencahayaan tampilan terutama mengacu pada pemotongan dan pemotongan wafer LED, yang merupakan contoh lain bagaimana laser ultrafast cocok untuk memproses bahan keras dan rapuh. Pemrosesan laser ultracepat memiliki akurasi dan efisiensi yang baik, serta kerataan penampang yang tinggi dan tepian tepi yang berkurang secara signifikan.
Energi fotovoltaik
Laser ultracepat memiliki ruang aplikasi yang luas dalam pembuatan sel fotovoltaik. Misalnya, dalam pembuatan baterai film tipis CIGS, laser ultra cepat dapat menggantikan proses pemotongan mekanis asli untuk meningkatkan kualitas pemotongan secara signifikan, terutama untuk sambungan pemotongan P2 dan P3, di mana laser dapat mencapai hampir tidak ada chipping, retakan, atau residu. menekankan.
Aerospace
Teknologi pendinginan film udara diperlukan saat mencoba meningkatkan kinerja mesin dan kinerja serta masa pakai bilah turbin yang digunakan di ruang angkasa. Namun, ini berarti persyaratan yang sangat tinggi untuk teknologi pemrosesan lubang film udara.
Pada tahun 2018, Institut Optik dan Mekanika Xi'an mengembangkan energi pulsa tunggal tertinggi di Tiongkok: laser serat femtosecond tingkat industri 26 watt. Selain itu, mereka mengembangkan serangkaian peralatan manufaktur laser yang ekstrem, ultra cepat, untuk mencapai terobosan dalam "pemrosesan dingin" lubang film udara di bilah turbin mesin aero dan dengan demikian mengisi celah domestik. Metode pemrosesan ini lebih maju daripada EDM, akurasinya lebih tinggi, dan tingkat hasil sangat ditingkatkan.
Laser ultracepat juga dapat diterapkan pada pemesinan presisi material komposit yang diperkuat serat, sementara peningkatan akurasi pemesinan akan membantu memperluas penerapan material komposit seperti serat karbon di ruang angkasa dan bidang kelas atas lainnya.
Bidang penelitian
Teknologi polimerisasi dua foton (2PP) adalah metode pencetakan 3D "nano-optik" yang mirip dengan teknologi prototyping cepat yang menyembuhkan cahaya. Futuris Christopher Barnatt percaya bahwa teknologi ini dapat menjadi bentuk utama pencetakan 3D di masa depan.
Prinsip teknologi 2PP adalah menyembuhkan resin fotosensitif secara selektif dengan menggunakan "laser pulsa femtosecond". Meskipun tampaknya mirip dengan memfoto prototipe cepat, perbedaannya adalah ketebalan lapisan minimum dan resolusi sumbu XY yang dapat dicapai oleh teknologi 2PP adalah antara 100 nm dan 200 nm. Dengan kata lain, teknologi pencetakan 2D 3PP ratusan kali lebih akurat daripada teknologi pencetakan light-curing tradisional dan benda cetakan lebih kecil dari bakteri.
Harga laser ultrafast tetap relatif mahal tetapi sebagai pelopor dalam industri ini, STYLECNC sudah memproduksi peralatan pemrosesan laser ultrafast dan telah mendapatkan umpan balik pasar yang baik. Peralatan pemotongan presisi laser untuk modul OLED telah diluncurkan berdasarkan teknologi laser ultracepat, peralatan penandaan laser ultracepat (pikodetik/femtodetik), peralatan pemrosesan laser talang kaca untuk layar tampilan inframerah pikodetik, dan wafer kaca inframerah pikodetik.
Produk yang diluncurkan berkat teknologi ini termasuk peralatan pemotongan laser, mesin potong dadu otomatis LED yang tidak terlihat, wafer semikonduktor mesin pemotong laser, peralatan pemotong penutup kaca untuk modul identifikasi sidik jari, jalur produksi massal layar fleksibel, dan serangkaian produk laser ultra cepat.
Pro dan kontra dari laser ultrafast
Pro dari laser ultrafast
Laser ultrafast adalah salah satu arah pengembangan terpenting dalam bidang laser. Sebagai teknologi baru, ini memiliki keuntungan yang signifikan dalam micromachining presisi.
Pulsa ultra-pendek yang dihasilkan oleh laser ultra-cepat berarti laser itu sendiri hanya berinteraksi dengan material untuk waktu yang sangat singkat dan karenanya tidak akan membawa panas ke material di sekitarnya. Selain itu, ketika lebar pulsa laser mencapai tingkat picosecond atau femtosecond, pengaruh pada gerakan termal molekul sebagian besar dapat dihindari, menghasilkan pengaruh termal yang lebih sedikit. Karena alasan ini, pemrosesan laser ultra cepat juga disebut "pemrosesan dingin".
Contoh grafik yang menunjukkan keunggulan laser super cepat adalah saat kita memotong telur yang diawetkan dengan pisau dapur tumpul. Kami sering memotong telur yang diawetkan menjadi potongan-potongan halus, jadi jika Anda memilih ujung pisau tajam yang memotong dengan cepat, telur yang diawetkan akan terpotong secara merata dan indah.
Kontra dari laser ultrafast
Industri manufaktur kelas atas, seperti yang membuat sirkuit dan panel terintegrasi, memiliki persyaratan yang sangat tinggi untuk peralatan pemrosesan laser dan ada risiko terobosan teknologi baru yang jauh dari harapan.
Harga laser ultra cepat tinggi dan beralih ke pemasok laser baru menimbulkan risiko tidak dapat memperluas pasar seperti yang semula diharapkan oleh produsen peralatan laser dan pengguna akhir.
Sumber dari stylecnc.com
Penafian: Informasi yang disebutkan di atas disediakan oleh stylecnc secara independen dari Alibaba.com. Alibaba.com tidak memberikan pernyataan dan jaminan mengenai kualitas dan keandalan penjual dan produk.
