Wat zijn ultrakorte lasers en hoe worden ze gebruikt?

Definitie van ultrakorte lasers

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

Toepassingen van ultrakorte lasers

Dankzij hun hoge piekvermogen en minimale thermische impact worden ultrakorte lasers op grote schaal toegepast in uiteenlopende sectoren, waaronder:

1. Industriële microbewerking: ultrasnelle 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, wat zorgt voor een nauwkeurige snede in het hoornvlies met minimale complicaties na de operatie. Daarnaast worden ze gebruikt bij 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, waardoor wetenschappers ultrakorte dynamiek op atomair en moleculair niveau kunnen 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: 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 handhaven 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 internationale fabrikanten domineren de ultrakorte laserindustrie:

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

2. TRUMPF, IPG Photonics – Marktleiders in industriële laserbewerkingsoplossingen.

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

Koelsystemen en thermisch beheer

Ondanks hun lage gemiddelde vermogen genereren ultrasnelle lasers aanzienlijke directe warmte dankzij hun hoge piekvermogen. Efficiënte koelsystemen zijn essentieel voor stabiele prestaties en een langere levensduur.

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 precisie van wel 0,08 °C tot 0,1 °C. Ze ondersteunen ook RS485-communicatie voor bewaking en bediening op afstand, waardoor ze ideaal zijn voor ultrasnelle lasersystemen van 3W tot 60W.

Toekomstige trends in ultrasnelle lasers

De ultrakorte laserindustrie evolueert richting:

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 ultrakorte lasers dalen, wat een bredere acceptatie 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

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