Ultra hızlı lazer, enerji çıkış dalga biçimine göre tanımlanan pikosaniye seviyesinin (10-12s) altında veya içinde darbe genişliğine sahip ultra yoğun, ultra kısa darbeli bir lazer türüdür.
Lazerin adı, mikroskobik madde sisteminin fiziksel, kimyasal veya biyolojik bir süreçte hızla değiştiği bir olguyu ifade eden "ultra hızlı olgu"ya dayanmaktadır. Atomik ve moleküler sistemde, atomların ve moleküllerin hareketinin zaman ölçeği pikosaniye ila femtosaniye mertebesindedir. Örneğin, moleküler dönme periyodu pikosaniye mertebesindedir ve titreşim periyodu femtosaniye mertebesindedir.
Lazer atım genişliği pikosaniye veya femtosaniye seviyesine ulaştığında, mat sıcaklığının mikroskobik özü olan moleküllerin genel termal hareketi üzerindeki herhangi bir etkisinden büyük ölçüde kaçınır. Ek olarak, malzeme moleküler titreşimin zaman ölçeğinden etkilenir ve üretilir, bu da işleme sırasında termal etkinin büyük ölçüde azaldığı anlamına gelir.
İçindekiler
Ultra hızlı lazer türleri
Ultra hızlı lazerin bileşenleri
Ultra hızlı lazer uygulamaları
Ultra hızlı lazerin artıları ve eksileri
Ultra hızlı lazer türleri
Lazerler için birçok sınıflandırma yöntemi vardır; en yaygın kullanılan dört sınıflandırma yöntemi, çalışan maddeye göre sınıflandırma, enerji çıkış dalga biçimine göre sınıflandırma (çalışma modu), çıkış dalga boyuna göre sınıflandırma (renk) ve güce göre sınıflandırmadır.
Enerji çıkış dalga formuna göre, lazerler sürekli lazerler, darbeli lazerler ve yarı sürekli lazerler olarak ayrılabilir:
Sürekli lazer
Sürekli lazer, çalışma saatleri boyunca sürekli olarak kararlı enerji dalga biçimleri çıkaran bir lazerdir. Yüksek güç ve metal plakalar gibi yüksek erime noktasına sahip hacimli malzemeleri işleme kabiliyeti ile karakterize edilir.
darbeli lazer
Darbeli lazerler, darbe şeklinde enerji verir. Darbe genişliğine göre, bu lazerler ayrıca milisaniye lazerler, mikrosaniye lazerler, nanosaniye kapatma cihazları, pikosaniye lazerler, femtosaniye lazerler ve attosaniye lazerler olarak ayrılabilir. Örneğin çıkış lazerinin darbe genişliği 1-1000ns arasında ise nanosaniye lazer olarak sınıflandırılır. Pikosaniye lazerler, femtosaniye lazerler, attosaniye lazerler ve ultra hızlı lazerler için darbeli lazerin gücü, sürekli lazerinkinden çok daha düşüktür, ancak işleme doğruluğu daha yüksektir. Genel olarak, darbe genişliği ne kadar darsa, işleme doğruluğu o kadar yüksek olur.
Yarı-CW lazer
Yarı-CW lazer, belirli bir süre içinde tekrar tekrar nispeten yüksek enerjili bir lazer verebilen bir darbeli lazerdir.
Yukarıda belirtilen üç lazerin enerji çıkış dalga biçimleri, "görev döngüsü" parametresiyle de tanımlanabilir.
Bir lazer için görev döngüsü, bir darbe döngüsü içindeki "lazer enerji çıkışı süresinin" "toplam süreye" oranı olarak yorumlanabilir. Yani, CW lazer görev döngüsü (=1) > yarı-CW lazer görev döngüsü > darbeli lazer görev döngüsü. Genel olarak, darbeli lazerin darbe genişliği ne kadar dar olursa görev döngüsü o kadar düşük olur.
Malzeme işleme alanında, darbeli lazerler başlangıçta sürekli lazerlerin bir geçiş ürünüydü. Bunun nedeni, sürekli lazerlerin çıkış gücünün, çekirdek bileşenlerin taşıma kapasitesi ve erken aşamadaki teknoloji seviyesi gibi faktörlerin etkisi ve ayrıca malzemenin ısıtılamaması gerçeği nedeniyle çok yükseğe ulaşamamasıdır. erime noktası Bu faktörler, işleme amacına, yani yenilik ihtiyacına ulaşan şeylerdir.
Yenilik, lazerin çıkış enerjisini tek bir darbede yoğunlaştırmak için kullanılan belirli teknik araçlarla geldi. Bu, lazerin toplam gücünün değişmesini durdurdu, ancak darbe anında anlık gücün büyük ölçüde artmasına ve böylece malzeme işleme gereksinimlerini karşılamasına izin verdi.
Daha sonra sürekli lazer teknolojisi yavaş yavaş olgunlaştı ve darbeli lazerin işleme hassasiyetinde büyük bir avantaja sahip olduğu bulundu. Bunun nedeni, darbeli lazerlerin malzemeler üzerindeki termal etkisinin daha küçük olmasıdır; lazer darbe genişliği ne kadar dar olursa, termal etki o kadar küçük olur; ve işlenen malzemenin kenarı ne kadar pürüzsüzse, karşılık gelen işleme hassasiyeti o kadar yüksek olur.
Ultra hızlı lazerin bileşenleri
Bir lazerin ultra hızlı lazer olarak değerlendirilmesi için temel gereksinimlerden ikisi, yüksek stabiliteye sahip ultra kısa darbe ve yüksek darbe enerjisidir. Genel olarak, mod kilitleme teknolojisi kullanılarak ultra kısa darbeler elde edilebilirken, CPA amplifikasyon teknolojisi kullanılarak yüksek darbe enerjisi elde edilebilir.
İlgili temel bileşenler, osilatörleri, gericileri, amplifikatörleri ve kompresörleri içerir. Bunlar arasında, osilatör ve amplifikatör en zorlu olanıdır, ancak aynı zamanda herhangi bir ultra hızlı lazer üretim şirketinin arkasındaki temel teknolojidir.
Osilatör
Osilatörde ultra hızlı lazer darbeleri elde etmek için bir mod kilitleme tekniği kullanılır.
sedye
Sedye, farklı dalga boylarını kullanarak femtosaniye tohum darbelerini zaman içinde birbirinden ayırır.
Amplifikatör
Şimdi gerilmiş darbeye tam olarak enerji vermek için cıvıl cıvıl bir amplifikatör kullanılır.
Kompresör
Kompresör, çeşitli bileşenlerin güçlendirilmiş spektrumlarını birleştirir ve femtosaniye genişliğe geri getirir, böylece son derece yüksek anlık güce sahip femtosaniye lazer darbeleri oluşturur.
Ultra hızlı lazer uygulamaları
Nanosaniye ve milisaniye lazerlerle karşılaştırıldığında, ultra hızlı lazerler daha düşük genel güce sahiptir, ancak doğrudan malzemenin moleküler titreşimlerinin zaman ölçeği üzerinde hareket ettikleri için, ultra hızlı lazerler gerçek anlamda "soğuk işleme" gerçekleştirir, bu da büyük ölçüde gelişmiş işleme doğruluğu anlamına gelir.
Farklı özellikleri nedeniyle, yüksek güçlü sürekli lazerler, ultra hızlı olmayan darbeli lazerler ve ultra hızlı lazerler, sonraki uygulama alanlarında büyük farklılıklar gösterir:
Yüksek güçlü sürekli lazerler (ve yarı sürekli lazerler) kesme, sinterleme, kaynak, yüzey kaplama, delme ve metal malzemelerin 3D baskısı.
Ultra hızlı olmayan darbeli lazerler, metalik olmayan malzemeleri işaretlemek, silikon malzemeleri işlemek, temizlemek ve yürütmek için kullanılır. hassas gravür metal yüzeylerde, hassas kaynak metallerinde ve mikro makine metallerinde.
Ultra hızlı lazerler, sert ve kırılgan malzemelerin yanı sıra cam, PET ve safir gibi şeffaf malzemeleri kesmek ve kaynaklamak için kullanılır. Ayrıca, onlar için kullanılır hassas işaretleme, oftalmik cerrahi, mikroskobik pasivasyon ve dağlama.
Kullanımları açısından, yüksek güçlü CW lazerler ve ultra hızlı lazerlerin karşılıklı ikame ilişkisi neredeyse yoktur. Balta ve cımbız gibidirler ve boyutlarının hem avantajları hem de dezavantajları vardır.
Ultra hızlı olmayan atımlı lazerlerin aşağı akış uygulamaları, sürekli lazerler ve ultra hızlı lazerlerle bazı örtüşmelere sahiptir. Bununla birlikte, aynı uygulamalar altında elde edilen sonuçlara bakılırsa, ultra hızlı olmayan atımlı bir lazerin gücü, sürekli bir lazerinki kadar iyi değildir ve doğruluğu, bir ultra hızlı lazerinki kadar iyi değildir. En belirgin özelliği maliyet performansıdır.
Özellikle nanosaniye ultraviyole lazer, pikosaniye seviyesine ulaşmayan bir darbe genişliğine sahip olmasına rağmen, diğer renkli nanosaniye lazerlere göre çok daha yüksek işleme doğruluğuna sahiptir. Nanosaniye ultraviyole lazer, 3C ürünlerinin işlenmesinde ve üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır ve gelecekte ultra hızlı lazerlerin maliyeti düştükçe, nanosaniye ultraviyole pazarını işgal edebilir.
Ultra hızlı lazerler soğuk işlemeyi gerçek anlamda gerçekleştirmekte ve hassas işlemede önemli avantajlara sahiptir. Ayrıca üretim teknolojisi yavaş yavaş olgunlaştıkça bu ultra hızlı lazerlerin maliyeti de düşecektir. Bu nedenlerden dolayı, bu lazerlerin gelecekte tıbbi biyoloji, havacılık, tüketici elektroniği, aydınlatma gösterimi, enerji ortamı, hassas makineler ve diğer alt endüstrilerde yaygın olarak kullanılması beklenmektedir.
tıbbi kozmetoloji
Ultra hızlı lazerler, tıbbi göz cerrahisi ekipmanlarında ve kozmetik cihazlarda kullanılabilir. Örneğin femtosaniye lazer miyopi cerrahisinde kullanılır ve wavefront aberasyon teknolojisinden sonra "refraktif cerrahide bir başka devrim" olarak bilinir.
Miyop hastaların göz ekseni normal bir göz ekseninden daha büyüktür, yani gevşeme halindeyken, gözün kırma sistemi tarafından kırılmadan sonra paralel ışık ışınlarının odak noktası retinanın önüne düşer. Femtosaniye lazer cerrahisi, eksenel boyuttaki fazla kası çıkarabilir ve eksenel mesafeyi normal uzunluğuna getirebilir. Femtosaniye lazer cerrahisi, yüksek doğruluk, yüksek güvenlik, yüksek stabilite, kısa operasyon süresi ve yüksek konfor gibi avantajlara sahiptir ve bu da onu en yaygın miyopi cerrahisi yöntemlerinden biri haline getirmiştir.
Güzellik açısından, ultra hızlı lazerler pigmentleri ve doğal benleri gidermek, dövmeleri gidermek ve cilt yaşlanmasını iyileştirmek için kullanılabilir.
tüketici elektroniği
Ultra hızlı lazerler, sert ve kırılgan saydam malzeme işleme, ince film işleme ve hassas markalama için uygundur ve ayrıca tüketici elektroniği üretim sürecinde başka işlevler sağlar. Cep telefonlarında kullanılan safir ve temperli camlar, tüketici elektroniğinde kullanılan hammaddeler arasında sert, kırılgan ve şeffaf malzemeler olarak kabul edilir.
Özellikle safir, akıllı saatler, cep telefonu kamera kılıfları, parmak izi modülü kılıfları gibi ürünlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, yüksek sertlik ve kırılganlık seviyeleri nedeniyle, geleneksel işleme yöntemlerinin etkinliği ve verim oranı çok düşüktür. Bu nedenle, nanosaniye ultraviyole lazerler ve ultra hızlı lazerler, ultra hızlı lazerin işleme etkisinin ultraviyole nanosaniye lazerden daha iyi olmasıyla safir kesmek için ana teknik araçlardır. Yukarıdaki işlevlere ek olarak, nanosaniye ve pikosaniye lazerler de kamera modülleri ve parmak izi modülleri tarafından kullanılan ana işleme yöntemleridir.
Ultra hızlı lazerler, gelecekte esnek cep telefonu ekranlarının (katlanabilir ekranlar) kesilmesi ve buna karşılık gelen 3D cam delme için büyük olasılıkla ana teknoloji haline gelecektir.
Ultra hızlı lazerler, OLED polarizörlerin kesilmesi ve LCD/OLED üretimi sırasında soyulma ve onarım işlemleri dahil olmak üzere panel üretiminde de önemli uygulamalara sahiptir.
OLED üretimindeki polimer malzemeler, termal etkilere karşı özellikle hassastır. Ek olarak, şu anda yapılan hücrelerin boyutu ve aralığı, kalan işlem boyutu gibi çok küçüktür. Bu, geleneksel kalıp kesme işleminin artık uygun olmadığı anlamına gelir. Endüstrinin üretim ihtiyaçları ve özel şekilli elekler ve delikli elekler için uygulama gereksinimleri artık geleneksel el sanatlarının yeteneklerinin ötesindedir. Bu nedenle, ultra hızlı lazerlerin sağladığı faydalar, özellikle ısıdan etkilenen küçük bir bölgeye sahip olan ve eğri işleme gibi esnek uygulamalar için daha uygun olan pikosaniye ultraviyole ve hatta femtosaniye lazerler düşünüldüğünde açıktır.
mikro kaynak
Cam gibi saydam katı ortam bileşenleri için, ortamda ultra kısa darbe lazeri yayıldığında doğrusal olmayan absorpsiyon, erime hasarı, plazma oluşumu, ablasyon ve fiber yayılımı gibi çeşitli olaylar meydana gelir. Şekil, farklı güç yoğunlukları ve zaman ölçekleri altında bir ultra kısa darbeli lazer ile katı malzeme arasındaki etkileşim sırasında meydana gelen çeşitli olguları göstermektedir.
Ultra kısa darbeli lazer mikro kaynak teknolojisi, cam gibi şeffaf malzemelerin mikro kaynağına çok uygundur çünkü ara katman eklemeye gerek yoktur, yüksek verimliliğe, yüksek hassasiyete sahiptir, makroskopik termal etkisi yoktur ve ideal sunar. mikro kaynak işleminden sonra mekanik ve optik özellikler. Örneğin, araştırmacılar, 70 fs, 250 kHz darbeleri kullanarak uç kapakları standart ve mikro yapılı optik fiberlere başarıyla kaynakladılar.
Ekran aydınlatması
Ekran aydınlatması alanında ultra hızlı lazerlerin uygulanması, esas olarak, ultra hızlı lazerlerin sert ve kırılgan malzemeleri işlemek için ne kadar uygun olduğunun bir başka örneği olan LED levhaların çizilmesi ve kesilmesi anlamına gelir. Ultra hızlı lazer işleme, yüksek enine kesit düzlüğü ve önemli ölçüde azaltılmış kenar talaşlarının yanı sıra iyi bir doğruluk ve verimliliğe sahiptir.
fotovoltaik enerji
Ultra hızlı lazerler, fotovoltaik hücrelerin üretiminde geniş uygulama alanına sahiptir. Örneğin, CIGS ince film pillerinin üretiminde, ultra hızlı lazerler, özellikle neredeyse hiç talaş, çatlak veya artık elde edemediği P2 ve P3 kazıma bağlantılarında, çizme kalitesini önemli ölçüde artırmak için orijinal mekanik çizme işleminin yerini alabilir. stres.
Uzay
Hava filmi soğutma teknolojisi, motor performansını ve havacılıkta kullanılan türbin kanatlarının performansını ve hizmet ömrünü iyileştirmeye çalışırken gereklidir. Ancak bu, hava filmi delik işleme teknolojisi için son derece yüksek gereksinimler anlamına gelir.
2018'de Xi'an Optik ve Mekanik Enstitüsü, Çin'deki en yüksek tek darbe enerjisini geliştirdi: 26 watt'lık, endüstriyel sınıf femtosaniye fiber lazer. Ek olarak, uçak motoru türbin kanatlarındaki hava filmi deliklerinin "soğuk işlenmesinde" bir çığır açmak ve böylece dahili boşluğu doldurmak için bir dizi olağanüstü, ultra hızlı lazer üretim ekipmanı geliştirdiler. Bu işleme yöntemi EDM'den daha gelişmiş, doğruluğu daha yüksek ve verim oranı büyük ölçüde iyileştirildi.
Ultra hızlı lazerler ayrıca fiber takviyeli kompozit malzemelerin hassas işlenmesine uygulanabilirken, işleme hassasiyetindeki iyileştirmeler, karbon fiber gibi kompozit malzemelerin havacılık ve diğer üst düzey alanlardaki uygulamalarının genişletilmesine yardımcı olacaktır.
Araştırma alanı
İki fotonlu polimerizasyon (2PP) teknolojisi, ışıkla sertleşen hızlı prototipleme teknolojisine benzer bir "nano-optik" 3D baskı yöntemidir. Fütürist Christopher Barnatt, bu teknolojinin gelecekte 3D baskının ana akım haline gelebileceğine inanıyor.
2PP teknolojisinin prensibi, bir "femtosaniye puls lazeri" kullanarak ışığa duyarlı reçineyi seçici olarak iyileştirmektir. Fotokürleme hızlı prototiplemeye benzer görünse de aradaki fark, 2PP teknolojisinin elde edebileceği minimum katman kalınlığı ve XY ekseni çözünürlüğünün 100 nm ile 200 nm arasında olmasıdır. Diğer bir deyişle, 2PP 3D baskı teknolojisi, geleneksel ışıkla sertleşen kalıplama teknolojisinden yüzlerce kat daha hassastır ve basılan şeyler bakterilerden daha küçüktür.
Ultra hızlı lazerlerin fiyatı nispeten pahalı olmaya devam ediyor, ancak sektörde öncü olan STYLECNC halihazırda ultra hızlı lazer işleme ekipmanı üretiyor ve piyasadan iyi geri bildirimler aldı. Ultra hızlı lazer teknolojisi, ultra hızlı (pikosaniye/femtosaniye) lazer markalama ekipmanı, pikosaniye kızılötesi ekranlar için cam pah kırma lazer işleme ekipmanı ve pikosaniye kızılötesi cam gofretlere dayalı olarak OLED modülleri için lazer hassas kesim ekipmanı piyasaya sürüldü.
Bu teknolojiler sayesinde lanse edilen ürünler arasında lazer kesim ekipmanları, LED otomatik görünmez kesme makineleri, yarı iletken gofret bulunmaktadır. lazer kesme makineleri, parmak izi tanımlama modülleri için cam kapak kesme ekipmanı, esnek ekran seri üretim hatları ve bir dizi ultra hızlı lazer ürünü.
Ultra hızlı lazerin artıları ve eksileri
Ultra hızlı lazerin artıları
Ultra hızlı lazer, lazer alanındaki en önemli gelişme yönlerinden biridir. Gelişmekte olan bir teknoloji olarak, hassas mikro işlemede önemli avantajlara sahiptir.
Ultra hızlı lazer tarafından üretilen ultra kısa darbe, lazerin kendisinin malzeme ile yalnızca çok kısa bir süre etkileşime girdiği ve bu nedenle çevredeki malzemelere ısı getirmeyeceği anlamına gelir. Ek olarak, lazer darbe genişliği pikosaniye veya femtosaniye seviyesine ulaştığında, moleküler termal hareket üzerindeki etki büyük ölçüde önlenebilir ve bu da daha az termal etkiyle sonuçlanır. Bu nedenle ultra hızlı lazer işlemeye “soğuk işleme” de denir.
Süper hızlı bir lazerin avantajlarını gösteren grafik bir örnek, konserve yumurtaları kör bir mutfak bıçağıyla kesmemiz olabilir. Korunmuş yumurtaları genellikle ince parçalar halinde keseriz, bu nedenle bunun yerine hızlı kesen keskin bir bıçak kenarı seçerseniz, korunmuş yumurtalar eşit ve güzel bir şekilde kesilir.
Ultra hızlı lazerin eksileri
Entegre devreler ve paneller yapanlar gibi üst düzey üretim endüstrileri, lazer işleme ekipmanı için son derece yüksek gereksinimlere sahiptir ve beklentilerin altında kalan yeni teknolojik atılımlar riski vardır.
Ultra hızlı bir lazerin fiyatı yüksektir ve yeni bir lazer tedarikçisine geçiş, hem lazer ekipmanı üreticileri hem de son kullanıcılar tarafından başlangıçta beklendiği gibi pazarı genişletememe riski taşır.
Kaynaktan stilcnc.com
Sorumluluk Reddi: Yukarıda belirtilen bilgiler, Alibaba.com'dan bağımsız olarak stylecnc tarafından sağlanmaktadır. Alibaba.com, satıcının ve ürünlerin kalitesi ve güvenilirliği konusunda hiçbir beyanda bulunmaz ve garanti vermez.
