Hvad er ultrahurtige lasere, og hvordan bruges de?

Definition af ultrahurtige lasere

Ultrahurtige lasere refererer til lasere, der udsender ekstremt korte pulser, typisk i picosekund- (10⁻¹² sekunder) eller femtosekund- (10⁻¹⁵ sekunder) området. På grund af deres ultrakorte pulsvarighed interagerer disse lasere primært med materialer gennem ikke-termiske, ikke-lineære effekter, hvilket reducerer varmediffusion og termisk skade betydeligt. Denne unikke egenskab gør ultrahurtige lasere ideelle til præcisionsmikrobearbejdning, medicinske procedurer og videnskabelig forskning.

Anvendelser af ultrahurtige lasere

Med deres høje peakeffekt og minimale termiske påvirkning anvendes ultrahurtige lasere i vid udstrækning i forskellige industrier, herunder:

1. Industriel mikrobearbejdning: Ultrahurtige lasere muliggør præcis skæring, boring, mærkning og overfladebehandling på mikro- og nanoniveau med minimale varmepåvirkede zoner.

2. Medicinsk og biomedicinsk billeddannelse: Inden for oftalmologi anvendes femtosekundlasere til LASIK-øjenkirurgi, der giver præcis hornhindeskæring med minimale komplikationer efter operationen. Derudover anvendes de i multifotonmikroskopi og biomedicinsk vævsanalyse.

3. Videnskabelig forskning: Disse lasere spiller en afgørende rolle i tidsopløst spektroskopi, ikke-lineær optik, kvantekontrol og forskning i nye materialer, hvilket giver forskere mulighed for at udforske ultrahurtig dynamik på atomart og molekylært niveau.

4. Optisk kommunikation: Visse ultrahurtige lasere, såsom 1,5 μm fiberlasere, opererer i det optiske fiberkommunikationsbånd med lavt tab og fungerer som stabile lyskilder til højhastighedsdatatransmission.

Effekt- og ydeevneparametre

Ultrahurtige lasere er karakteriseret ved to vigtige effektparametre:

1. Gennemsnitlig effekt: Spænder fra ti milliwatt til adskillige watt eller højere, afhængigt af applikationskravene.

2. Peak Power: På grund af den ekstremt korte pulsvarighed kan spidseffekten nå fra flere kilowatt til hundredvis af kilowatt. For eksempel opretholder nogle femtosekundlasere en gennemsnitlig effekt på 1 W, mens deres peak-effekt er flere størrelsesordener højere.

Andre vigtige præstationsindikatorer omfatter pulsrepetitionshastighed, pulsenergi og pulsbredde, som alle skal optimeres baseret på specifikke industrielle og forskningsmæssige behov.

Førende producenter og brancheudvikling

Adskillige globale producenter dominerer den ultrahurtige laserindustri:

1. Kohærent, Spektra-Fysik, Newport (MKS) – Etablerede virksomheder med moden teknologi og en bred vifte af industrielle og videnskabelige anvendelser.

2. TRUMPF, IPG Fotonik – Markedsledere inden for industrielle laserbehandlingsløsninger.

3. Kinesiske producenter (Han's Laser, GaussLasers, YSL Photonics) – Nye aktører, der gør betydelige fremskridt inden for laserstrukturering, mode-locking-teknologier og systemintegration.

Kølesystemer og termisk styring

Trods deres lave gennemsnitseffekt genererer ultrahurtige lasere betydelig øjeblikkelig varme på grund af deres høje peak-effekt. Effektive kølesystemer er afgørende for at sikre stabil ydeevne og forlænget levetid.

Kølersystemer: Ultrahurtige lasere er almindeligvis udstyret med industrielle kølere med en temperaturkontrolpræcision på ±0,1 °C eller bedre for at opretholde stabil laserydelse.

TEYU CWUP-serien kølere : Disse laserkølere er specielt designet til ultrahurtig laserkøling og tilbyder PID-kontrolleret temperaturregulering med en præcision på helt op til 0,08°C til 0,1°C. De understøtter også RS485-kommunikation til fjernovervågning og -styring, hvilket gør dem ideelle til ultrahurtige lasersystemer på 3W-60W.

Fremtidige tendenser inden for ultrahurtige lasere

Den ultrahurtige laserindustri udvikler sig mod:

1. Kortere pulser, højere peak power: Løbende fremskridt inden for mode-låsning og pulskompression vil muliggøre attosekund-pulslasere til ekstreme præcisionsapplikationer.

2. Modulære og kompakte systemer: Fremtidens ultrahurtige lasere vil være mere integrerede og brugervenlige, hvilket reducerer kompleksitet og applikationsomkostninger.

3. Lavere omkostninger og lokalisering: Efterhånden som nøglekomponenter som laserkrystaller, pumpekilder og kølesystemer bliver indenlandsk producerede, vil priserne på ultrahurtige lasere falde, hvilket fremmer en bredere anvendelse.

4. Tværfaglig integration: Ultrahurtige lasere vil i stigende grad fusionere med områder som optisk kommunikation, kvanteinformation, præcisionsbearbejdning og biomedicinsk forskning, hvilket vil drive nye teknologiske innovationer.

Konklusion

Ultrahurtig laserteknologi udvikler sig hurtigt og tilbyder uovertruffen præcision og minimale termiske effekter på tværs af industrielle, medicinske og videnskabelige områder. Førende producenter fortsætter med at forfine laserparametre og integrationsteknikker, mens fremskridt inden for køle- og termiske styringssystemer forbedrer laserstabiliteten. I takt med at omkostningerne falder, og tværfaglige applikationer udvides, er ultrahurtige lasere klar til at revolutionere flere højteknologiske industrier.