ما هي أشعة الليزر فائقة السرعة وكيف يتم استخدامها؟

تعريف الليزر فائق السرعة

الليزر فائق السرعة هو ليزر يُصدر نبضات قصيرة للغاية، عادةً في نطاق البيكو ثانية (10⁻¹² ثانية) أو الفيمتوثانية (10⁻¹⁵ ثانية). ونظرًا لقصر مدة نبضاته، تتفاعل هذه الليزرات مع المواد بشكل رئيسي من خلال تأثيرات غير حرارية وغير خطية، مما يُقلل بشكل كبير من انتشار الحرارة والتلف الحراري. هذه الخاصية الفريدة تجعل الليزر فائق السرعة مثاليًا للتصنيع الدقيق الدقيق، والإجراءات الطبية، والبحث العلمي.

تطبيقات الليزر فائق السرعة

بفضل قوتها القصوى العالية وتأثيرها الحراري الضئيل، يتم تطبيق الليزر فائق السرعة على نطاق واسع في مختلف الصناعات، بما في ذلك:

1. التصنيع الدقيق الصناعي: تتيح أشعة الليزر فائقة السرعة إجراء عمليات قطع وحفر ووضع علامات ومعالجة سطحية دقيقة على المستويات الدقيقة والنانوية مع الحد الأدنى من المناطق المتأثرة بالحرارة.

٢. التصوير الطبي والطبي الحيوي: في طب العيون، تُستخدم ليزرات الفيمتوثانية في جراحة الليزك، مما يوفر قطعًا دقيقًا للقرنية مع الحد الأدنى من مضاعفات ما بعد الجراحة. كما تُستخدم في المجهر متعدد الفوتونات وتحليل الأنسجة الطبية الحيوية.

3. البحث العلمي: تلعب هذه الليزرات دورًا حاسمًا في التحليل الطيفي المحدد بالوقت، والبصريات غير الخطية، والتحكم الكمي، وأبحاث المواد الجديدة، مما يسمح للعلماء باستكشاف الديناميكيات فائقة السرعة على المستويات الذرية والجزيئية.

4. الاتصالات البصرية: تعمل بعض أنواع الليزر فائقة السرعة، مثل ليزر الألياف 1.5 ميكرومتر، في نطاق اتصالات الألياف البصرية منخفض الخسارة، وتعمل كمصدر ضوء مستقر لنقل البيانات عالية السرعة.

معلمات الطاقة والأداء

تتميز أشعة الليزر فائقة السرعة بمعلمتين رئيسيتين للطاقة:

1. متوسط ​​القدرة: يتراوح من عشرات الملي واط إلى عدة واط أو أعلى، اعتمادًا على متطلبات التطبيق.

٢. ذروة الطاقة: نظرًا لقصر مدة النبضة، يمكن أن تصل ذروة الطاقة إلى عدة كيلوواطات أو مئات الكيلوواطات. على سبيل المثال، تحافظ بعض ليزرات الفيمتوثانية على متوسط ​​طاقة يبلغ ١ واط، بينما تكون ذروة طاقتها أعلى بعدة مراتب.

وتشمل مؤشرات الأداء الأساسية الأخرى معدل تكرار النبضة، وطاقة النبضة، وعرض النبضة، والتي يجب تحسينها جميعًا بناءً على الاحتياجات الصناعية والبحثية المحددة.

الشركات المصنعة الرائدة وتطوير الصناعة

تهيمن العديد من الشركات المصنعة العالمية على صناعة الليزر فائق السرعة:

1. شركة Coherent, Spectra-Physics, Newport (MKS) - شركات راسخة تتمتع بتكنولوجيا ناضجة ومجموعة واسعة من التطبيقات الصناعية والعلمية.

2. TRUMPF، IPG Photonics – رواد السوق في حلول معالجة الليزر الصناعية.

3. الشركات المصنعة الصينية (Han's Laser، GaussLasers، YSL Photonics) - اللاعبون الناشئون الذين يحققون تقدمًا كبيرًا في هيكلة الليزر، وتقنيات قفل الوضع، وتكامل النظام.

أنظمة التبريد والإدارة الحرارية

على الرغم من انخفاض متوسط ​​طاقتها، تُولّد الليزرات فائقة السرعة حرارةً لحظيةً كبيرةً بفضل طاقتها القصوى العالية. وتُعدّ أنظمة التبريد الفعّالة ضروريةً لضمان أداءٍ مستقرٍّ وعمرٍ تشغيليٍّ أطول.

أنظمة التبريد: عادةً ما تكون أجهزة الليزر فائقة السرعة مجهزة بمبردات صناعية ذات دقة تحكم في درجة الحرارة تبلغ ±0.1 درجة مئوية أو أفضل للحفاظ على أداء الليزر المستقر.

مبردات سلسلة TEYU CWUP: صُممت هذه المبردات الليزرية خصيصًا لتبريد الليزر فائق السرعة، وتوفر تنظيمًا لدرجة الحرارة يتم التحكم فيه بواسطة PID بدقة تتراوح بين 0.08 و0.1 درجة مئوية. كما تدعم اتصال RS485 للمراقبة والتحكم عن بُعد، مما يجعلها مثالية لأنظمة الليزر فائقة السرعة بقدرة 3 وات و60 وات.

الاتجاهات المستقبلية في الليزر فائق السرعة

تتطور صناعة الليزر فائق السرعة نحو:

1. نبضات أقصر، طاقة ذروة أعلى: إن التقدم المستمر في قفل الوضع وضغط النبضات سيمكن ليزر النبضات الأتوثانية من تطبيق تطبيقات عالية الدقة.

2. الأنظمة المعيارية والمدمجة: ستكون أنظمة الليزر فائقة السرعة المستقبلية أكثر تكاملاً وسهولة في الاستخدام، مما يقلل من التعقيد وتكاليف التطبيق.

3. انخفاض التكاليف والتوطين: مع إنتاج المكونات الرئيسية مثل بلورات الليزر ومصادر المضخات وأنظمة التبريد محليًا، ستنخفض تكاليف الليزر فائق السرعة، مما يسهل التبني على نطاق أوسع.

4. التكامل بين الصناعات: سوف تندمج أشعة الليزر فائقة السرعة بشكل متزايد مع مجالات مثل الاتصالات البصرية، والمعلومات الكمومية، والتصنيع الدقيق، والبحوث الطبية الحيوية، مما يؤدي إلى ابتكارات تكنولوجية جديدة.

خاتمة

تتطور تقنية الليزر فائق السرعة بسرعة، موفرةً دقةً لا مثيل لها وتأثيرات حرارية ضئيلة في المجالات الصناعية والطبية والعلمية. وتواصل الشركات المصنعة الرائدة تحسين معايير الليزر وتقنيات تكامله، بينما تُعزز التطورات في أنظمة التبريد والإدارة الحرارية استقرار الليزر. ومع انخفاض التكاليف وتوسع التطبيقات عبر الصناعات، من المتوقع أن تُحدث الليزرات فائقة السرعة ثورةً في العديد من الصناعات عالية التقنية.