Ультра жылдам лазерлер дегеніміз не және олар қалай қолданылады?

Ультра жылдам лазерлердің анықтамасы

Өте жылдам лазерлер әдетте пикосекунд (10⁻¹² секунд) немесе фемтосекунд (10⁻¹⁵ секунд) ауқымында өте қысқа импульстарды шығаратын лазерлерге жатады. Өте қысқа импульс ұзақтығына байланысты бұл лазерлер материалдармен ең алдымен жылулық емес, сызықты емес әсерлер арқылы әрекеттеседі, жылу диффузиясы мен термиялық зақымдануды айтарлықтай азайтады. Бұл бірегей қасиет өте жылдам лазерлерді дәл микро өңдеу, медициналық процедуралар және ғылыми зерттеулер үшін тамаша етеді.

Ультра жылдам лазерлерді қолдану

Жоғары қуаттылығымен және минималды термиялық әсерімен ультра жылдам лазерлер әртүрлі салаларда, соның ішінде кеңінен қолданылады.:

1. Өнеркәсіптік микро өңдеу: Ультра жылдам лазерлер ең аз жылу әсер ететін аймақтармен микро және нано деңгейлерде дәл кесуге, бұрғылауға, таңбалауға және бетті өңдеуге мүмкіндік береді.

2. Медициналық және биомедициналық бейнелеу: Офтальмологияда фемтосекундтық лазерлер LASIK көз хирургиясы үшін қолданылады, бұл операциядан кейінгі ең аз асқынулармен қасаң қабықтың дәл кесілуін қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, олар мультифотонды микроскопияда және биомедициналық тіндерді талдауда қолданылады.

3. Ғылыми зерттеулер: Бұл лазерлер уақыт бойынша шешілетін спектроскопияда, сызықты емес оптикада, кванттық бақылауда және жаңа материалды зерттеуде шешуші рөл атқарады, бұл ғалымдарға атомдық және молекулалық деңгейде ультра жылдам динамикасын зерттеуге мүмкіндік береді.

4. Оптикалық байланыстар: 1,5 мкм талшықты лазерлер сияқты кейбір ультра жылдам лазерлер жоғары жылдамдықты деректерді беру үшін тұрақты жарық көзі ретінде қызмет ететін, аз шығынды оптикалық талшықты байланыс диапазонында жұмыс істейді.

Қуат және өнімділік параметрлері

Өте жылдам лазерлер екі негізгі қуат параметрімен сипатталады:

1. Орташа қуат: Қолдану талаптарына байланысты ондаған милливаттан бірнеше ваттқа дейін немесе одан жоғары.

2. Ең жоғары қуат: Импульстің өте қысқа ұзақтығына байланысты ең жоғары қуат бірнеше киловатттан жүздеген киловаттқа дейін жетуі мүмкін. Мысалы, кейбір фемтосекунд лазерлері орташа қуатты 1 Вт сақтайды, ал олардың ең жоғары қуаты бірнеше рет жоғары.

Басқа маңызды өнімділік көрсеткіштеріне импульстің қайталану жылдамдығы, импульс энергиясы және импульс ені кіреді, олардың барлығы нақты өндірістік және зерттеу қажеттіліктеріне негізделген оңтайландырылуы керек.

Жетекші өндірушілер мен өнеркәсіптің дамуы

Бірнеше жаһандық өндірушілер өте жылдам лазерлік индустрияда үстемдік етеді:

1. Когерентті, Спектр-физика, Ньюпорт (MKS) – Технологиясы жетілген және өнеркәсіптік және ғылыми қолданбалардың кең ауқымы бар құрылған компаниялар.

2. TRUMPF, IPG фотоникасы – Өнеркәсіптік лазерлік өңдеу шешімдеріндегі нарық көшбасшылары.

3. Қытай өндірушілері (Han's Laser, GaussLasers, YSL Photonics) – Лазерлік құрылымда, режимді құлыптау технологияларында және жүйені біріктіруде елеулі жетістіктерге қол жеткізіп жатқан жаңа ойыншылар.

Салқындату жүйелері және жылуды басқару

Төмен орташа қуатына қарамастан, ультра жылдам лазерлер жоғары шыңдық қуатына байланысты айтарлықтай лездік жылу шығарады. Тұрақты өнімділікті және ұзақ жұмыс істеуді қамтамасыз ету үшін тиімді салқындату жүйелері маңызды.

Салқындату жүйелері: Өте жылдам лазерлер тұрақты лазер өнімділігін сақтау үшін әдетте ±0,1°C немесе жақсырақ температураны бақылау дәлдігі бар өнеркәсіптік салқындатқыштармен жабдықталған.

TEYU CWUP сериялы салқындатқыштар : Өте жылдам лазерлік салқындату үшін арнайы әзірленген бұл лазерлі салқындатқыштар PID арқылы басқарылатын температураны 0,08°C-тан 0,1°C-қа дейінгі дәлдікпен реттеуді ұсынады. Олар сонымен қатар қашықтан бақылау және басқару үшін RS485 байланысын қолдайды, бұл оларды 3 Вт -60 Вт өте жылдам лазерлік жүйелер үшін өте қолайлы етеді.

Ультра жылдам лазерлердің болашақ трендтері

Өте жылдам лазер индустриясы дамуда:

1. Қысқа импульстар, ең жоғары қуат: Режимді құлыптаудағы және импульсті қысудағы үздіксіз жетістіктер өте дәлдіктегі қолданбалар үшін аттосекундтық импульстік лазерлерге мүмкіндік береді.

2. Модульдік және ықшам жүйелер: Болашақ өте жылдам лазерлер күрделілік пен қолдану шығындарын азайта отырып, интеграцияланған және пайдаланушыға ыңғайлы болады.

3. Төмен шығындар және локализация: Лазерлік кристалдар, сорғы көздері және салқындату жүйелері сияқты негізгі құрамдас бөліктер отандық өндіріске айналған сайын, өте жылдам лазер құны төмендейді, бұл кеңірек қолдануды жеңілдетеді.

4. Салааралық интеграция: Ультражылдам лазерлер жаңа технологиялық инновацияларды басқара отырып, оптикалық байланыс, кванттық ақпарат, дәл өңдеу және биомедициналық зерттеулер сияқты салалармен көбірек біріктіріледі.

Қорытынды

Өнеркәсіптік, медициналық және ғылыми салаларда теңдесі жоқ дәлдік пен минималды жылу әсерлерін ұсына отырып, өте жылдам лазерлік технология қарқынды дамып келеді. Жетекші өндірушілер лазерлік параметрлерді және біріктіру әдістерін жетілдіруді жалғастыруда, ал салқындату және жылуды басқару жүйелеріндегі жетістіктер лазердің тұрақтылығын арттырады. Шығындар азайып, салааралық қолданбалар кеңейген сайын, ультра жылдам лазерлер көптеген жоғары технологиялық салаларда төңкеріс жасайды.