Mis on ülikiired laserid ja kuidas neid kasutatakse?

Ülikiirete laserite määratlus

Ülikiired laserid on laserid, mis kiirgavad äärmiselt lühikesi impulsse, tavaliselt pikosekundi (10⁻¹² sekundit) või femtosekundi (10⁻¹⁵ sekundit) vahemikus. Tänu oma ülilühikesele impulsi kestusele suhtlevad need laserid materjalidega peamiselt mittesoojuslike, mittelineaarsete efektide kaudu, vähendades oluliselt soojuse difusiooni ja termilisi kahjustusi. See ainulaadne omadus muudab ülikiired laserid ideaalseks täppismikrotöötluseks, meditsiinilisteks protseduurideks ja teadusuuringuteks.

Ülikiirete laserite rakendused

Tänu oma suurele tippvõimsusele ja minimaalsele termilisele mõjule on ülikiired laserid laialdaselt kasutusel erinevates tööstusharudes, sealhulgas:

1. Tööstuslik mikrotöötlus: Ülikiired laserid võimaldavad täpset lõikamist, puurimist, märgistamist ja pinnatöötlust mikro- ja nanotasandil minimaalsete kuumusest mõjutatud tsoonidega.

2. Meditsiiniline ja biomeditsiiniline pildistamine: Oftalmoloogias kasutatakse LASIK-silmaoperatsioonidel femtosekundilisi lasereid, mis võimaldavad täpset sarvkesta lõikamist minimaalsete operatsioonijärgsete tüsistustega. Lisaks rakendatakse neid multifootonmikroskoopias ja biomeditsiinilises koeanalüüsis.

3. Teaduslikud uuringud: Need laserid mängivad olulist rolli ajaliselt lahendatud spektroskoopias, mittelineaarses optikas, kvantkontrollis ja uute materjalide uurimises, võimaldades teadlastel uurida ülikiireid dünaamikaid aatomi- ja molekulaartasandil.

4. Optiline side: Teatud ülikiired laserid, näiteks 1,5 μm kiudlaserid, töötavad väikese kadudega optilise kiu side sagedusalas, toimides stabiilsete valgusallikatena kiireks andmeedastuseks.

Võimsuse ja jõudluse parameetrid

Ülikiireid lasereid iseloomustavad kaks peamist võimsusparameetrit:

1. Keskmine võimsus: Ulatub kümnetest millivattidest mitme vatini või rohkem, olenevalt rakenduse nõuetest.

2. Tippvõimsus: Äärmiselt lühikese impulsi kestuse tõttu võib tippvõimsus ulatuda mitmest kilovatist kuni sadade kilovattideni. Näiteks mõned femtosekundilised laserid säilitavad keskmise võimsuse 1 W, samas kui nende tippvõimsus on mitu suurusjärku suurem.

Muud olulised tulemusnäitajad hõlmavad impulsi kordumissagedust, impulsi energiat ja impulsi laiust, mida kõiki tuleb optimeerida vastavalt konkreetsetele tööstuslikele ja teaduslikele vajadustele.

Juhtivad tootjad ja tööstuse areng

Ülikiirete laserite tööstuses domineerivad mitmed globaalsed tootjad:

1. Koherentne spektraalfüüsika, Newport (MKS) – Väljakujunenud ettevõtted, millel on küps tehnoloogia ja lai valik tööstuslikke ja teaduslikke rakendusi.

2. TRUMPF, IPG fotoonika – Tööstuslike lasertöötluslahenduste turuliidrid.

3. Hiina tootjad (Han's Laser, GaussLasers, YSL Photonics) – Tärkavad tegijad teevad märkimisväärseid edusamme laserstruktureerimise, moodilukustustehnoloogiate ja süsteemide integreerimise valdkonnas.

Jahutussüsteemid ja soojusjuhtimine

Vaatamata madalale keskmisele võimsusele tekitavad ülikiired laserid oma suure tippvõimsuse tõttu märkimisväärset hetkelist soojust. Tõhusad jahutussüsteemid on stabiilse jõudluse ja pika tööea tagamiseks hädavajalikud.

Jahutussüsteemid: Ülikiired laserid on tavaliselt varustatud tööstuslike jahutitega, mille temperatuuri reguleerimise täpsus on ±0,1 °C või parem, et säilitada stabiilset laseri jõudlust.

TEYU CWUP-seeria jahutid : Spetsiaalselt ülikiire laserjahutuse jaoks loodud laserjahutid pakuvad PID-juhitavat temperatuuri reguleerimist täpsusega kuni 0,08 °C kuni 0,1 °C. Samuti toetavad need RS485 sidet kaugseireks ja -juhtimiseks, muutes need ideaalseks 3W–60W ülikiirete lasersüsteemide jaoks.

Ülikiirete laserite tulevikutrendid

Ülikiirete laserite tööstus areneb suunas:

1. Lühemad impulsid, suurem tippvõimsus: Režiimilukustuse ja impulsside kokkusurumise pidevad edusammud võimaldavad attosekundilisi impulsslasereid kasutada äärmise täpsusega rakendustes.

2. Modulaarsed ja kompaktsed süsteemid: Tulevased ülikiired laserid on integreeritumad ja kasutajasõbralikumad, vähendades keerukust ja rakenduskulusid.

3. Madalamad kulud ja lokaliseerimine: Kuna võtmekomponente, nagu laserkristallid, pumpallikad ja jahutussüsteemid, hakatakse tootma kodumaal, langevad ülikiirete laserite kulud, mis hõlbustab laiemat kasutuselevõttu.

4. Valdkondadevaheline integratsioon: Ülikiired laserid ühinevad üha enam selliste valdkondadega nagu optiline side, kvantinformatsioon, täppistöötlus ja biomeditsiinilised uuringud, edendades uusi tehnoloogilisi uuendusi.

Kokkuvõte

Ülikiire lasertehnoloogia areneb kiiresti, pakkudes ületamatut täpsust ja minimaalseid termilisi efekte tööstus-, meditsiini- ja teadusvaldkondades. Juhtivad tootjad jätkavad laserparameetrite ja integreerimistehnikate täiustamist, samal ajal kui jahutus- ja termilise haldamise süsteemide edusammud suurendavad laseri stabiilsust. Kuna kulud vähenevad ja tööstusharudeülesed rakendused laienevad, on ülikiired laserid seadnud eesmärgiks muuta mitmeid kõrgtehnoloogilisi tööstusharusid.