Beth Yw Laserau Ultrafast a Sut Maen nhw'n Cael eu Defnyddio?

Diffiniad o Laserau Ultrafast

Mae laserau uwchgyflym yn cyfeirio at laserau sy'n allyrru curiadau byr iawn, fel arfer yn yr ystod picosecond (10⁻¹² eiliad) neu femtosecond (10⁻¹⁵ eiliad). Oherwydd eu hyd curiad uwch-fyr, mae'r laserau hyn yn rhyngweithio â deunyddiau yn bennaf trwy effeithiau anthermol, anlinellol, gan leihau trylediad gwres a difrod thermol yn sylweddol. Mae'r nodwedd unigryw hon yn gwneud laserau uwchgyflym yn ddelfrydol ar gyfer microbeiriannu manwl gywir, gweithdrefnau meddygol ac ymchwil wyddonol.

Cymwysiadau Laserau Ultrafast

Gyda'u pŵer brig uchel a'u heffaith thermol leiaf, mae laserau uwchgyflym yn cael eu defnyddio'n helaeth ar draws amrywiol ddiwydiannau, gan gynnwys:

1. Microbeiriannu Diwydiannol: Mae laserau cyflym iawn yn galluogi torri, drilio, marcio a phrosesu arwynebau manwl gywir ar lefelau micro a nano gyda'r parthau yr effeithir arnynt gan wres lleiaf posibl.

2. Delweddu Meddygol a Biofeddygol: Mewn offthalmoleg, defnyddir laserau femtosecond ar gyfer llawdriniaeth llygaid LASIK, gan ddarparu torri cornbilen manwl gywir gyda chymhlethdodau ôl-lawdriniaeth lleiaf posibl. Yn ogystal, cânt eu defnyddio mewn microsgopeg aml-ffoton a dadansoddi meinwe biofeddygol.

3. Ymchwil Wyddonol: Mae'r laserau hyn yn chwarae rhan hanfodol mewn sbectrosgopeg amser-datrysedig, opteg anlinellol, rheolaeth cwantwm, ac ymchwil deunyddiau newydd, gan ganiatáu i wyddonwyr archwilio deinameg uwchgyflym ar lefelau atomig a moleciwlaidd.

4. Cyfathrebu Optegol: Mae rhai laserau cyflym iawn, fel laserau ffibr 1.5μm, yn gweithredu yn y band cyfathrebu ffibr optegol colled isel, gan wasanaethu fel ffynonellau golau sefydlog ar gyfer trosglwyddo data cyflym.

Paramedrau Pŵer a Pherfformiad

Nodweddir laserau uwchgyflym gan ddau baramedr pŵer allweddol:

1. Pŵer Cyfartalog: Yn amrywio o ddegau o filiwatiau i sawl wat neu uwch, yn dibynnu ar ofynion y cais.

2. Pŵer Uchaf: Oherwydd hyd byr iawn y pwls, gall pŵer brig gyrraedd sawl cilowat i gannoedd o gilowat. Er enghraifft, mae rhai laserau femtosecond yn cynnal pŵer cyfartalog o 1W, tra bod eu pŵer brig sawl maint yn uwch.

Mae dangosyddion perfformiad hanfodol eraill yn cynnwys cyfradd ailadrodd pwls, egni pwls, a lled pwls, y mae'n rhaid optimeiddio pob un ohonynt yn seiliedig ar anghenion diwydiannol ac ymchwil penodol.

Prif Weithgynhyrchwyr a Datblygu Diwydiant

Mae sawl gweithgynhyrchydd byd-eang yn dominyddu'r diwydiant laser uwchgyflym:

1. Coherent, Spectra-Physics, Newport (MKS) – Cwmnïau sefydledig gyda thechnoleg aeddfed ac ystod eang o gymwysiadau diwydiannol a gwyddonol.

2. TRUMPF, IPG Photonics – Arweinwyr y farchnad mewn atebion prosesu laser diwydiannol.

3. Gwneuthurwyr Tsieineaidd (Han's Laser, GaussLasers, YSL Photonics) – Chwaraewyr sy'n dod i'r amlwg sy'n gwneud datblygiadau sylweddol mewn strwythuro laser, technolegau cloi modd, ac integreiddio systemau.

Systemau Oeri a Rheoli Thermol

Er gwaethaf eu pŵer cyfartalog isel, mae laserau uwchgyflym yn cynhyrchu gwres sylweddol ar unwaith oherwydd eu pŵer brig uchel. Mae systemau oeri effeithlon yn hanfodol i sicrhau perfformiad sefydlog a bywyd gweithredol hir.

Systemau Oerydd: Mae laserau cyflym iawn fel arfer yn cael eu cyfarparu ag oeryddion diwydiannol gyda chywirdeb rheoli tymheredd o ±0.1°C neu well i gynnal perfformiad laser sefydlog.

Oeryddion cyfres CWUP TEYU: Wedi'u cynllunio'n benodol ar gyfer oeri laser cyflym iawn, mae'r oeryddion laser hyn yn cynnig rheoleiddio tymheredd a reolir gan PID gyda chywirdeb mor uchel â 0.08°C i 0.1°C. Maent hefyd yn cefnogi cyfathrebu RS485 ar gyfer monitro a rheoli o bell, gan eu gwneud yn ddelfrydol ar gyfer systemau laser cyflym iawn 3W -60W.

Tueddiadau'r Dyfodol mewn Laserau Ultragyflym

Mae'r diwydiant laser uwchgyflym yn esblygu tuag at:

1. Curiadau Byrrach, Pŵer Brig Uwch: Bydd datblygiadau parhaus mewn cloi modd a chywasgu curiadau yn galluogi laserau curiadau attosecond ar gyfer cymwysiadau manwl gywirdeb eithafol.

2. Systemau Modiwlaidd a Chryno: Bydd laserau uwch-gyflym yn y dyfodol yn fwy integredig a hawdd eu defnyddio, gan leihau cymhlethdod a chostau cymhwyso.

3. Costau Is a Lleoleiddio: Wrth i gydrannau allweddol fel crisialau laser, ffynonellau pwmp, a systemau oeri gael eu cynhyrchu'n ddomestig, bydd costau laser cyflym iawn yn gostwng, gan hwyluso mabwysiadu ehangach.

4. Integreiddio Traws-ddiwydiant: Bydd laserau uwch-gyflym yn uno fwyfwy â meysydd fel cyfathrebu optegol, gwybodaeth cwantwm, peiriannu manwl gywir, ac ymchwil fiofeddygol, gan sbarduno arloesiadau technolegol newydd.

Casgliad

Mae technoleg laser uwchgyflym yn datblygu'n gyflym, gan gynnig cywirdeb heb ei ail ac effeithiau thermol lleiaf posibl ar draws meysydd diwydiannol, meddygol a gwyddonol. Mae gweithgynhyrchwyr blaenllaw yn parhau i fireinio paramedrau laser a thechnegau integreiddio tra bod datblygiadau mewn systemau oeri a rheoli thermol yn gwella sefydlogrwydd laser. Wrth i gostau leihau ac wrth i gymwysiadau traws-ddiwydiant ehangu, mae laserau uwchgyflym ar fin chwyldroi nifer o ddiwydiannau uwch-dechnoleg.