Последний блог
Разница между наносекундным лазером, фемтосекундным лазером и пикосекундным лазером
Jun 21 , 2023Поскольку длительность импульса лазера меньше, чем период проводимости целевого объекта, лазер с ультракороткими импульсами обеспечивает инновационные возможности обработки материалов. Фактически это означает, что холодная обработка вещей достижима, когда вещество удаляется путем сублимации.
Такой подход к обработке испарением имеет преимущества, которые невозможны при использовании обычных процедур. Тем не менее, поскольку эти технологии являются дорогостоящими, люди должны тщательно пересмотреть выбор лазеров и платформ.
Тремя наиболее распространенными формами лазерной технологии являются наносекундный лазер, пикосекундный лазер и фемтосекундный лазер. Каждый из них имеет различные области применения и преимущества в лазерной технологии. В этой статье мы рассмотрим три типа лазеров и то, как они работают.
Наносекундные лазеры, часто известные как нанолазеры, являются наиболее распространенным типом импульсных лазеров с модуляцией добротности. Использование затвора с увеличенной скоростью, вставленного в оптический резонатор для кратковременного увеличения потерь резонатора до тех пор, пока метастабильное состояние усиливающего вещества не будет полностью насыщено, известно как модуляция добротности.
Когда переключатель включен, все лазерные лучи разряжаются одновременно. Период истощения многих веществ для лазерного усиления находится в диапазоне длин волн в несколько наносекунд (10-9 с), что приводит к созданию наносекундных лазерных импульсов.
Во многих операциях требуются оптические свойства лазерного луча с длительностью импульса в наносекундном диапазоне, такие как лазерная абляция материалов, сканирующая электронная микроскопия, измерение расстояний и спутниковые снимки. Во многих случаях они производятся с помощью лазеров в режиме модуляции добротности или модуляции усиления.
Лазеры с модуляцией добротности могут генерировать огромную лазерную энергию, например, много миллиджоулей от небольших твердотельных лазеров и много джоулей от более крупных машин. Исходя из конструктивных параметров, выходной сигнал может происходить в определенном продольном резонансном состоянии лазера, что приводит к чрезвычайно малой ширине линии.
Наносекундный лазер с переключением усиления может производить наносекундные импульсы при значительно более низких уровнях энергии импульса. Максимальная мощность полупроводниковых лазеров часто ограничивается диапазоном 1 Вт.
Одним из нескольких существенных преимуществ является высокая степень гибкости при механическом изменении как высоких частот повторения, так и длительности лазерного импульса и поддержании постоянной длительности лазерного импульса. Напротив, высокие частоты повторения регулируются в широком диапазоне. Кроме того, такие системы могут быть изготовлены по более низкой цене.
Наносекундный лазер выпускается со многими различными длинами волн от ультрафиолетового до инфракрасного, с энергией импульса от нДж до Дж и высокой частотой повторения от Гц до МГц благодаря широкому спектру методов усиления и материалов. Существенная максимальная мощность и длительность лазерного импульса таких лазеров делают их полезными для различных применений, таких как LIBS, наносекундная лазерная абляция, лазерная идентификация и маркировка.
Пикосекундные лазеры генерируют оптические лазерные импульсы с длительностью от одной (10-12 с) до десятков пикосекунд. В результате он попадает в сверхбыстрые или ультракороткие лазерные импульсы.
Конкретные лазерные генераторы пикосекундных лазерных импульсов и длины волны, такие как ПГС с непрерывной накачкой, часто называют пикосекундными лазерами, хотя технически они не являются пикосекундными лазерами.
Несколько лазерных систем могут генерировать пикосекундные лазерные импульсы, при этом некоторые другие параметры эффективности лазера могут варьироваться в широких пределах. Они могут использоваться в различных целях, включая лазерную абляцию материалов, медицинские применения, накачку OPO и т. д.
Фемтосекундный лазер генерирует оптические импульсы с длительностью лазерного импульса намного меньше 1 пикосекунды в фемтосекундном (10-15 с) диапазоне. Поэтому он классифицируется как сверхбыстрый или ультракороткий импульсный лазер.
Метод скрытой синхронизации мод почти обычно используется для генерации этих коротких фемтосекундных лазерных импульсов. В результате создаются импульсные последовательности со значительной энергией импульса и частотой повторения в диапазоне частот МГц или ГГц.
Это, сформированное с ограниченной средней выходной мощностью, приводит к относительно короткой энергии импульса, часто в диапазоне наноджоулей. Использование устройства оптического усиления, которое вносит свой вклад в фемтосекундный лазер, позволяет получить гораздо большую энергию импульса при меньшей частоте повторения, обычно в несколько раз большей величине.
Уже давно предпринимаются попытки лазерной микрообработки и лазерной абляции. Лазерная абляция — это метод удаления материала из области облучения с помощью лазерного луча, сфокусированного на поверхности материала. Несколько технологических приложений исследовали и использовали процесс лазерной абляции.
Тем не менее, материалы постоянно растворяются и испаряются из-за большей длительности импульса лазера и меньшей эффективности. Несмотря на то, что лазерные импульсы могут быть сфокусированы в ограниченной области, тепловое воздействие на вещество все еще значительно, что ограничивает точность резки.
Единственный способ повысить качество обработки – уменьшить зону термического влияния. Рабочие характеристики резко меняются при попадании на вещество лазерного импульса пикосекундной длительности. Высокая мощность лазера, генерируемая резким увеличением энергии импульса, достаточна для отрыва электронов во внешней оболочке.
Поскольку период контакта между лазерными импульсами и материалом основы очень короткий, ионы эффективно удаляются с помощью лазерной абляции поверхности образца перед передачей энергии лазерного импульса на окружающую поверхность, что приводит к незначительному тепловому воздействию на нижележащий металл. По этой причине его также называют «холодной обработкой». Наносекундные импульсы, фемтосекундные лазерные импульсы и пикосекундные лазеры проникли в промышленное производство и использование благодаря преимуществам холодной обработки.
Генерирующая мощность сверхкоротких лазерных импульсов быстро подается в область ограниченной активности. Немедленное применение высокой плотности мощности изменяет прием и подвижность электронов, устраняет последствия прямого лазерного поглощения, движения импульсной энергии и диффузии, а также значительно изменяет механизм реакции лазер-вещество.
После центрирования лазерный луч повышенной энергии облучает подложку материала. В основном это механизм термической обработки, но этот процесс более эффективен из-за короткого периода отклика, обычно в пределах нескольких наносекунд. В результате ограничивается зона термического влияния, обеспечивается лазерное воздействие и скорость.
Пикосекундные и фемтосекундные лазеры с уменьшенной длительностью лазерного импульса имеют значительные преимущества в секторе лазерной абляции и в настоящее время называются высокоточными сверхбыстрыми методами лазерной абляции. Поскольку пикосекундный лазер имеет сверхкороткую длительность лазерного импульса, а период реакции на одной частоте составляет всего несколько пикосекунд, его тепловая нагрузка очень скромна, если вообще отсутствует.
В отличие от микрообработки наносекундным лазером, пикосекундный лазер не обрабатывает материалы на протяжении всего процесса. Процедура более плавная, а потребление лазерной энергии меньше зависит от вещества или длины волны. Одновременно сокращается продолжительность операции, повышается точность и увеличивается вычислительная мощность.
Пикосекундный лазерный процесс превосходит наносекундный лазер с точки зрения эффективности и скорости обработки. Пикосекундный лазер имеет даже огромную потенциальную область применения. Кроме того, наносекундный лазер продолжает доминировать в сфере лазерной абляции и обработки. Причиной является огромная стоимость пикосекундных лазерных режущих устройств.
Основное внимание будет уделено пикосекундам и фемтосекундным лазерам. Эти лазеры специализируются на работе с материалами толщиной от 0,01 дюйма (250 микрон). Более плотные вещества можно обрабатывать, но покупатели должны тщательно учитывать время обработки. Различия в работе пикосекундных и фемтосекундных лазеров могут быть незначительными в одних случаях и очевидными в других.
Различие незначительно при использовании для обработки металлов. У фемтосекундного лазера нет шероховатых краев верхней стороны, значительно больше деталей и меньшая неровность поверхности. Фемтосекундный лазер также может работать с более широким спектром полимеров. Пикосекундным лазерам обычно требуется зеленый или УФ-спектр для эффективной обработки полимеров.
Контраст между характеристиками пикосекундного и фемтосекундного лазера сравнивается с материалом. Фемтосекундный лазер — очевидный выбор, когда требуется только высочайшее качество. С другой стороны, пикосекундные лазеры работают быстрее.
Существует несколько вариантов ультракоротких импульсных лазеров с высокой энергией лазера, некоторые из которых лучше подходят для определенных материалов. Пикосекундный и фемтосекундный лазер включают инфракрасный, зеленый и ультрафиолетовый спектры. Различные длины волн хорошо подходят для других веществ, которые люди иногда могут выбирать в зависимости от области необходимых свойств и преимуществ.
Минимально возможная площадь точки фокусировки пропорциональна длине волны. Следовательно, при условии, что все другие переменные остаются постоянными, УФ-лазер будет концентрироваться на площади, равной одной трети размера ИК-лазера. Каждый фемтосекундный и пикосекундный лазер может обеспечивать несколько длин волн от одного и того же лазерного устройства.
Для фемтосекундного лазера цель и аргументы в пользу различных длин волн, подходящих для конкретных металлов, менее очевидны. Несколько экспертов сначала предположили, что при такой малой длительности импульса обычная зависимость поглощения от длины волны может больше не проявляться и что процесс поглощения нескольких фотонов вступит во владение.
Это не было продемонстрировано для конкретных полимеров, таких как полимерные катетеры. Фемтосекундные лазерные импульсы не только улучшают производительность обработки и точность резки материалов, но также имеют более широкую область обработки и порог абляции, чем инфракрасные. Зеленый спектр может дать более стабильную систему для резки крошечных или глухих деталей на полимерах, даже с точностью до микрона.
Включение в производство фемтосекундных лазерных импульсов и способность таких лазеров работать с материалами с повышенной точностью размеров является их отличительной чертой. В результате первоначальным критерием проектирования является поддержка этой степени точности.
Тем не менее, даже самая мощная технология на планете не обеспечит надежную систему, если среда, в которой находится машина, нестабильна, особенно с точки зрения колебаний температуры. Колебания температуры более чем на несколько градусов приведут к проблемам с фитингами и фазами, а также с точностью наведения лазера и точным удалением. В результате оборудование должно храниться в помещении с климат-контролем и кондиционированием воздуха.
Тестирование деталей — единственный способ определить идеальный лазер для операции. Некоторые фирмы часто проводили эксперименты с наносекундными, пикосекундными и фемтосекундными лазерами и различной энергией фотонов для всех лазеров, чтобы указать назначение и оборудование.
RFH Laser является известным поставщиком лазерных брендов в Китае.
RFH 5W Наносекундный импульсный УФ-лазер для глубокой гравировки дерева
Чтобы удовлетворить рыночный спрос, компания RFH недавно разработала УФ-лазер серии S9. По сравнению с аналогами, УФ-лазер серии S9 имеет прочную герметичную полость, чрезвычайно компактный размер, простоту и надежность, высокую стабильность, высокую эффективность, высокую надежность и превосходное качество лазерного луча. значительно уменьшает пространство и стоимость и упрощает установку в машины для УФ-лазерной маркировки. Кроме того, структура резонатора серии S9 отличается большей стабильностью и превосходной масштабируемостью, что означает, что один и тот же резонатор лазера может производить многомощные лазеры, а стабильность различных диапазонов мощности значительно улучшена.
