Apakah Laser Ultrafast dan Bagaimana Ia Digunakan?

Definisi Laser Ultrafast

Laser ultrafast merujuk kepada laser yang memancarkan denyutan yang sangat pendek, biasanya dalam julat picosecond (10⁻¹² saat) atau femtosecond (10⁻¹⁵ saat). Disebabkan tempoh nadi ultra-pendeknya, laser ini berinteraksi dengan bahan terutamanya melalui kesan bukan terma, tak linear, mengurangkan resapan haba dan kerosakan haba dengan ketara. Ciri unik ini menjadikan laser ultrafast sesuai untuk pemesinan mikro ketepatan, prosedur perubatan dan penyelidikan saintifik.

Aplikasi Laser Ultrafast

Dengan kuasa puncak yang tinggi dan impak haba yang minimum, laser ultrafast digunakan secara meluas dalam pelbagai industri, termasuk:

1. Pemesinan Mikro Industri: Laser ultrapantas membolehkan pemotongan, penggerudian, penandaan dan pemprosesan permukaan yang tepat pada tahap mikro dan nano dengan zon terjejas haba yang minimum.

2. Pengimejan Perubatan dan Bioperubatan: Dalam oftalmologi, laser femtosecond digunakan untuk pembedahan mata LASIK, memberikan pemotongan kornea yang tepat dengan komplikasi selepas pembedahan yang minimum. Selain itu, ia digunakan dalam mikroskop multifoton dan analisis tisu bioperubatan.

3. Penyelidikan Saintifik: Laser ini memainkan peranan penting dalam spektroskopi yang diselesaikan masa, optik tak linear, kawalan kuantum dan penyelidikan bahan baharu, membolehkan saintis meneroka dinamik ultra pantas pada tahap atom dan molekul.

4. Komunikasi Optik: Laser ultrafast tertentu, seperti laser gentian 1.5μm, beroperasi dalam jalur komunikasi gentian optik kehilangan rendah, berfungsi sebagai sumber cahaya yang stabil untuk penghantaran data berkelajuan tinggi.

Parameter Kuasa dan Prestasi

Laser ultrafast dicirikan oleh dua parameter kuasa utama:

1. Kuasa Purata: Berjulat dari puluhan miliwatt hingga beberapa watt atau lebih tinggi, bergantung pada keperluan aplikasi.

2. Kuasa Puncak: Disebabkan oleh tempoh nadi yang sangat singkat, kuasa puncak boleh mencapai beberapa kilowatt hingga ratusan kilowatt. Sebagai contoh, sesetengah laser femtosaat mengekalkan kuasa purata 1W, manakala kuasa puncaknya adalah beberapa urutan magnitud lebih tinggi.

Penunjuk prestasi penting lain termasuk kadar pengulangan nadi, tenaga nadi dan lebar nadi, yang kesemuanya mesti dioptimumkan berdasarkan keperluan industri dan penyelidikan tertentu.

Pengeluar Utama dan Pembangunan Industri

Beberapa pengeluar global menguasai industri laser ultrafast:

1. Koheren, Spectra-Fizik, Newport (MKS) – Syarikat yang ditubuhkan dengan teknologi matang dan pelbagai aplikasi perindustrian dan saintifik.

2. TRUMPF, IPG Photonics – Peneraju pasaran dalam penyelesaian pemprosesan laser perindustrian.

3. Pengilang China (Han's Laser, GaussLasers, YSL Photonics) – Pemain baru muncul membuat kemajuan yang ketara dalam penstrukturan laser, teknologi penguncian mod dan penyepaduan sistem.

Sistem Penyejukan dan Pengurusan Terma

Walaupun kuasa puratanya rendah, laser ultrafast menghasilkan haba serta-merta yang besar kerana kuasa puncaknya yang tinggi. Sistem penyejukan yang cekap adalah penting untuk memastikan prestasi yang stabil dan hayat operasi yang berpanjangan.

Sistem Penyejuk: Laser ultrafast biasanya dilengkapi dengan penyejuk industri dengan ketepatan kawalan suhu ±0.1°C atau lebih baik untuk mengekalkan prestasi laser yang stabil.

Penyejuk siri TEYU CWUP : Direka khusus untuk penyejukan laser ultrapantas, penyejuk laser ini menawarkan peraturan suhu terkawal PID dengan ketepatan setinggi 0.08°C hingga 0.1°C. Mereka juga menyokong komunikasi RS485 untuk pemantauan dan kawalan jauh, menjadikannya sesuai untuk sistem laser ultrafast 3W -60W.

Aliran Masa Depan dalam Laser Ultrapantas

Industri laser ultrafast sedang berkembang ke arah:

1. Denyutan Lebih Pendek, Kuasa Puncak Lebih Tinggi: Kemajuan yang berterusan dalam penguncian mod dan pemampatan nadi akan membolehkan laser denyut attosaat untuk aplikasi ketepatan yang melampau.

2. Sistem Modular dan Padat: Laser ultrafast masa hadapan akan menjadi lebih bersepadu dan mesra pengguna, mengurangkan kerumitan dan kos aplikasi.

3. Kos dan Penyetempatan yang Lebih Rendah: Memandangkan komponen utama seperti kristal laser, sumber pam dan sistem penyejukan dihasilkan di dalam negara, kos laser ultrapantas akan menurun, memudahkan penggunaan yang lebih meluas.

4. Integrasi Merentas Industri: Laser ultrafast akan semakin bergabung dengan bidang seperti komunikasi optik, maklumat kuantum, pemesinan ketepatan dan penyelidikan bioperubatan, memacu inovasi teknologi baharu.

Kesimpulan

Teknologi laser ultrafast berkembang pesat, menawarkan ketepatan yang tiada tandingan dan kesan haba yang minimum merentasi bidang perindustrian, perubatan dan saintifik. Pengeluar terkemuka terus memperhalusi parameter laser dan teknik penyepaduan manakala kemajuan dalam sistem pengurusan penyejukan dan terma meningkatkan kestabilan laser. Apabila kos berkurangan dan aplikasi merentas industri berkembang, laser ultrafast ditetapkan untuk merevolusikan pelbagai industri berteknologi tinggi.