Wat zijn ultrakorte lasers en hoe worden ze gebruikt?

Definitie van ultrakorte lasers

Ultrakorte lasers zijn lasers die extreem korte pulsen uitzenden, meestal in het picoseconde (10⁻¹² seconde) of femtoseconde (10⁻¹⁵ seconde) bereik. Door de ultrakorte pulsduur interacteren deze lasers voornamelijk met materialen via niet-thermische, niet-lineaire effecten, waardoor warmtediffusie en thermische schade aanzienlijk worden verminderd. Deze unieke eigenschap maakt ultrakorte lasers ideaal voor nauwkeurige microbewerking, medische procedures en wetenschappelijk onderzoek.

Toepassingen van ultrakorte lasers

Met hun hoge piekvermogen en minimale thermische impact worden ultrakorte lasers op grote schaal toegepast in verschillende industrieën, waaronder:

1. Industriële microbewerking: Ultrakorte lasers maken nauwkeurig snijden, boren, markeren en oppervlaktebewerking op micro- en nanoniveau mogelijk, met minimale warmtebeïnvloede zones.

2. Medische en biomedische beeldvorming: In de oogheelkunde worden femtosecondelasers gebruikt voor LASIK-oogchirurgie. Hiermee kan het hoornvlies nauwkeurig worden gesneden met minimale complicaties na de operatie. Daarnaast worden ze toegepast in multifotonenmicroscopie en biomedische weefselanalyse.

3. Wetenschappelijk onderzoek: Deze lasers spelen een cruciale rol in tijdsopgeloste spectroscopie, niet-lineaire optica, kwantumcontrole en onderzoek naar nieuwe materialen. Hiermee kunnen wetenschappers ultrakorte dynamica op atomair en moleculair niveau onderzoeken.

4. Optische communicatie: Bepaalde ultrakorte lasers, zoals 1,5 μm-vezellasers, werken in de verliesarme optische vezelcommunicatieband en dienen als stabiele lichtbronnen voor snelle gegevensoverdracht.

Vermogen- en prestatieparameters

Ultrakorte lasers worden gekenmerkt door twee belangrijke vermogensparameters:

1. Gemiddeld vermogen: Het vermogen varieert van tientallen milliwatt tot meerdere watts of hoger, afhankelijk van de toepassingsvereisten.

2. Piekvermogen: Door de extreem korte pulsduur kan het piekvermogen oplopen tot enkele kilowatts tot honderden kilowatts. Sommige femtosecondelasers hebben bijvoorbeeld een gemiddeld vermogen van 1 W, terwijl hun piekvermogen vele malen hoger ligt.

Andere essentiële prestatie-indicatoren zijn onder meer de herhalingsfrequentie van de puls, de pulsenergie en de pulsbreedte. Deze moeten allemaal worden geoptimaliseerd op basis van specifieke industriële en onderzoeksbehoeften.

Toonaangevende fabrikanten en industriële ontwikkeling

Verschillende wereldwijde fabrikanten domineren de ultrasnelle laserindustrie:

1. Coherente, Spectra-fysica, Newport (MKS) – Gevestigde bedrijven met volwassen technologie en een breed scala aan industriële en wetenschappelijke toepassingen.

2. TRUMPF, IPG Fotonica – Marktleider in industriële laserbewerkingsoplossingen.

3. Chinese fabrikanten (Han's Laser, GaussLasers, YSL Photonics) – Opkomende spelers die aanzienlijke vooruitgang boeken op het gebied van laserstructurering, modusvergrendelingstechnologieën en systeemintegratie.

Koelsystemen en thermisch beheer

Ondanks hun lage gemiddelde vermogen genereren ultrakorte lasers vanwege hun hoge piekvermogen direct veel warmte. Efficiënte koelsystemen zijn essentieel om stabiele prestaties en een langere levensduur te garanderen.

Koelsystemen: Ultrakorte lasers worden doorgaans uitgerust met industriële koelers met een temperatuurregelnauwkeurigheid van ±0,1°C of beter om stabiele laserprestaties te behouden.

TEYU CWUP-serie koelmachines : Deze laserkoelers zijn speciaal ontworpen voor ultrasnelle laserkoeling en bieden PID-gestuurde temperatuurregeling met een nauwkeurigheid van maar liefst 0,08°C tot 0,1°C. Ze ondersteunen ook RS485-communicatie voor bewaking en bediening op afstand, waardoor ze ideaal zijn voor ultrakorte lasersystemen van 3W tot 60W.

Toekomstige trends in ultrasnelle lasers

De ultrakorte laserindustrie evolueert in de richting van:

1. Kortere pulsen, hoger piekvermogen: Voortdurende ontwikkelingen op het gebied van mode-locking en pulscompressie maken attosecondepulslasers geschikt voor extreem nauwkeurige toepassingen.

2. Modulaire en compacte systemen: Toekomstige ultrakorte lasers zijn beter geïntegreerd en gebruiksvriendelijker, waardoor de complexiteit en toepassingskosten afnemen.

3. Lagere kosten en lokalisatie: Naarmate belangrijke onderdelen zoals laserkristallen, pompbronnen en koelsystemen in eigen land worden geproduceerd, zullen de kosten van ultrasnelle lasers dalen, wat een bredere toepassing ervan mogelijk maakt.

4. Integratie tussen sectoren: Ultrakorte lasers worden steeds vaker toegepast in sectoren als optische communicatie, kwantuminformatie, precisiebewerking en biomedisch onderzoek, waardoor nieuwe technologische innovaties ontstaan.

Conclusie

De ultrakorte lasertechnologie ontwikkelt zich razendsnel en biedt ongeëvenaarde precisie en minimale thermische effecten op industriële, medische en wetenschappelijke gebieden. Toonaangevende fabrikanten blijven laserparameters en integratietechnieken verfijnen, terwijl ontwikkelingen in koel- en thermische beheersystemen de stabiliteit van de laser verbeteren. Naarmate de kosten dalen en de toepassingen in verschillende sectoren toenemen, zullen ultrakorte lasers een revolutie teweegbrengen in diverse hightechindustrieën.