لیزرهای فوق سریع چیستند و چگونه استفاده می‌شوند؟

تعریف لیزرهای فوق سریع

لیزرهای فوق سریع به لیزرهایی اطلاق می‌شوند که پالس‌های بسیار کوتاهی، معمولاً در محدوده پیکوثانیه (10⁻¹² ثانیه) یا فمتوثانیه (10⁻¹⁵ ثانیه) منتشر می‌کنند. با توجه به مدت زمان پالس بسیار کوتاه، این لیزرها عمدتاً از طریق اثرات غیر حرارتی و غیرخطی با مواد برهمکنش می‌کنند و به طور قابل توجهی انتشار گرما و آسیب حرارتی را کاهش می‌دهند. این ویژگی منحصر به فرد، لیزرهای فوق سریع را برای ماشینکاری دقیق، روش‌های پزشکی و تحقیقات علمی ایده‌آل می‌کند.

کاربردهای لیزرهای فوق سریع

لیزرهای فوق سریع با توان اوج بالا و تأثیر حرارتی حداقل، به طور گسترده در صنایع مختلف از جمله ... مورد استفاده قرار می‌گیرند.:

1. میکروماشینکاری صنعتی: لیزرهای فوق سریع، برش، سوراخکاری، علامت‌گذاری و پردازش سطح دقیق را در سطوح میکرو و نانو با حداقل مناطق تحت تأثیر گرما امکان‌پذیر می‌سازند.

2. تصویربرداری پزشکی و زیست پزشکی: در چشم پزشکی، لیزرهای فمتوسکند برای جراحی چشم لیزیک استفاده می‌شوند و برش دقیق قرنیه را با حداقل عوارض پس از جراحی فراهم می‌کنند. علاوه بر این، آنها در میکروسکوپ چند فوتونی و تجزیه و تحلیل بافت زیست پزشکی کاربرد دارند.

3. تحقیقات علمی: این لیزرها نقش مهمی در طیف‌سنجی تفکیک زمانی، اپتیک غیرخطی، کنترل کوانتومی و تحقیقات مواد جدید ایفا می‌کنند و به دانشمندان این امکان را می‌دهند که دینامیک فوق سریع را در سطوح اتمی و مولکولی بررسی کنند.

4. ارتباطات نوری: برخی از لیزرهای فوق سریع، مانند لیزرهای فیبری ۱.۵ میکرومتری، در باند ارتباطی فیبر نوری با اتلاف کم عمل می‌کنند و به عنوان منابع نوری پایدار برای انتقال داده‌های پرسرعت عمل می‌کنند.

پارامترهای قدرت و عملکرد

لیزرهای فوق سریع با دو پارامتر کلیدی توان مشخص می‌شوند:

1. قدرت متوسط: بسته به نیاز کاربرد، از ده‌ها میلی‌وات تا چندین وات یا بالاتر متغیر است.

2. اوج قدرت: به دلیل مدت زمان بسیار کوتاه پالس، توان اوج می‌تواند به چند کیلووات تا صدها کیلووات برسد. برای مثال، برخی از لیزرهای فمتوثانیه توان متوسط ۱ وات را حفظ می‌کنند، در حالی که توان اوج آنها چندین برابر بیشتر است.

سایر شاخص‌های عملکرد ضروری شامل نرخ تکرار پالس، انرژی پالس و پهنای پالس هستند که همگی باید بر اساس نیازهای خاص صنعتی و تحقیقاتی بهینه شوند.

تولیدکنندگان پیشرو و توسعه صنعت

چندین تولیدکننده جهانی بر صنعت لیزر فوق سریع تسلط دارند:

1. همدوس، طیف-فیزیک، نیوپورت (MKS) – شرکت‌های جاافتاده با فناوری بالغ و طیف گسترده‌ای از کاربردهای صنعتی و علمی.

2. TRUMPF، IPG فوتونیک – رهبران بازار در راهکارهای پردازش لیزری صنعتی.

3. تولیدکنندگان چینی (Han's Laser، GaussLasers، YSL Photonics) – بازیگران نوظهوری که پیشرفت‌های چشمگیری در ساختار لیزر، فناوری‌های قفل حالت و یکپارچه‌سازی سیستم‌ها داشته‌اند.

سیستم‌های خنک‌کننده و مدیریت حرارتی

لیزرهای فوق سریع، علیرغم توان متوسط پایینشان، به دلیل توان اوج بالایشان، گرمای آنی قابل توجهی تولید می‌کنند. سیستم‌های خنک‌کننده کارآمد برای تضمین عملکرد پایدار و عمر عملیاتی طولانی ضروری هستند.

سیستم‌های چیلر: لیزرهای فوق سریع معمولاً به چیلرهای صنعتی با دقت کنترل دما ±0.1 درجه سانتیگراد یا بهتر مجهز هستند تا عملکرد لیزر پایدار بماند.

چیلرهای سری TEYU CWUP : این چیلرهای لیزری که به طور خاص برای خنک‌سازی فوق سریع لیزر طراحی شده‌اند، تنظیم دمای کنترل‌شده با PID را با دقتی تا 0.08 تا 0.1 درجه سانتیگراد ارائه می‌دهند. آنها همچنین از ارتباط RS485 برای نظارت و کنترل از راه دور پشتیبانی می‌کنند، که آنها را برای سیستم‌های لیزر فوق سریع 3W تا 60W ایده‌آل می‌کند.

روندهای آینده در لیزرهای فوق سریع

صنعت لیزر فوق سریع در حال تکامل است:

1. پالس‌های کوتاه‌تر، توان اوج بالاتر: پیشرفت‌های مداوم در قفل مدی و فشرده‌سازی پالس، لیزرهای پالسی آتوثانیه را برای کاربردهای بسیار دقیق امکان‌پذیر می‌سازد.

2. سیستم‌های مدولار و فشرده: لیزرهای فوق سریع آینده، یکپارچه‌تر و کاربرپسندتر خواهند بود و پیچیدگی و هزینه‌های کاربردی را کاهش می‌دهند.

3. هزینه‌های پایین‌تر و بومی‌سازی: با تولید داخلی اجزای کلیدی مانند کریستال‌های لیزر، منابع پمپ و سیستم‌های خنک‌کننده، هزینه‌های لیزر فوق سریع کاهش می‌یابد و پذیرش گسترده‌تر آن را تسهیل می‌کند.

4. ادغام بین صنایع: لیزرهای فوق سریع به طور فزاینده‌ای با زمینه‌هایی مانند ارتباطات نوری، اطلاعات کوانتومی، ماشینکاری دقیق و تحقیقات زیست پزشکی ادغام خواهند شد و نوآوری‌های تکنولوژیکی جدیدی را به همراه خواهند داشت.

نتیجه‌گیری

فناوری لیزر فوق سریع به سرعت در حال پیشرفت است و دقت بی‌نظیر و حداقل اثرات حرارتی را در زمینه‌های صنعتی، پزشکی و علمی ارائه می‌دهد. تولیدکنندگان پیشرو همچنان به اصلاح پارامترهای لیزر و تکنیک‌های ادغام ادامه می‌دهند، در حالی که پیشرفت در سیستم‌های خنک‌کننده و مدیریت حرارتی، پایداری لیزر را افزایش می‌دهد. با کاهش هزینه‌ها و گسترش کاربردهای بین صنعتی، لیزرهای فوق سریع قرار است صنایع پیشرفته متعددی را متحول کنند.