Hva er ultrahurtige lasere og hvordan brukes de?

Definisjon av ultrahurtige lasere

Ultrahurtige lasere refererer til lasere som sender ut ekstremt korte pulser, vanligvis i pikosekunder (10⁻¹² sekunder) eller femtosekunder (10⁻¹⁵ sekunder). På grunn av deres ultrakorte pulsvarighet, samhandler disse laserne med materialer primært gjennom ikke-termiske, ikke-lineære effekter, noe som reduserer varmediffusjon og termisk skade betydelig. Denne unike egenskapen gjør ultrahurtige lasere ideelle for presisjonsmikromaskinering, medisinske prosedyrer og vitenskapelig forskning.

Anvendelser av ultrahurtige lasere

Med sin høye toppeffekt og minimale termiske påvirkning er ultrahurtige lasere mye brukt i ulike bransjer, inkludert:

1. Industriell mikromaskinering: Ultrahurtige lasere muliggjør presis skjæring, boring, merking og overflatebehandling på mikro- og nanonivå med minimale varmepåvirkede soner.

2. Medisinsk og biomedisinsk avbildning: Innen oftalmologi brukes femtosekundlasere til LASIK-øyekirurgi, og gir presis hornhinnekutting med minimale komplikasjoner etter operasjonen. I tillegg brukes de i multifotonmikroskopi og biomedisinsk vevsanalyse.

3. Vitenskapelig forskning: Disse laserne spiller en avgjørende rolle i tidsoppløst spektroskopi, ikke-lineær optikk, kvantekontroll og ny materialforskning, slik at forskere kan utforske ultrahurtig dynamikk på atom- og molekylnivå.

4. Optisk kommunikasjon: Enkelte ultrahurtige lasere, som 1,5 μm fiberlasere, opererer i det optiske fiberkommunikasjonsbåndet med lavt tap, og fungerer som stabile lyskilder for høyhastighets dataoverføring.

Effekt- og ytelsesparametere

Ultrahurtige lasere kjennetegnes av to viktige effektparametere:

1. Gjennomsnittlig effekt: Varierer fra titalls milliwatt til flere watt eller mer, avhengig av applikasjonskrav.

2. Toppkraft: På grunn av den ekstremt korte pulsvarigheten kan toppeffekten nå fra flere kilowatt til hundrevis av kilowatt. For eksempel opprettholder noen femtosekundlasere en gjennomsnittlig effekt på 1 W, mens toppeffekten deres er flere størrelsesordener høyere.

Andre viktige ytelsesindikatorer inkluderer pulsrepetisjonsfrekvens, pulsenergi og pulsbredde, som alle må optimaliseres basert på spesifikke industrielle og forskningsbehov.

Ledende produsenter og bransjeutvikling

Flere globale produsenter dominerer den ultrahurtige laserindustrien:

1. Koherent, Spektra-fysikk, Newport (MKS) – Etablerte selskaper med moden teknologi og et bredt spekter av industrielle og vitenskapelige anvendelser.

2. TRUMPF, IPG Fotonikk – Markedsledere innen industrielle laserbehandlingsløsninger.

3. Kinesiske produsenter (Han's Laser, GaussLasers, YSL Photonics) – Fremvoksende aktører som gjør betydelige fremskritt innen laserstrukturering, moduslåsingsteknologier og systemintegrasjon.

Kjølesystemer og termisk styring

Til tross for sin lave gjennomsnittseffekt genererer ultrasnelle lasere betydelig øyeblikkelig varme på grunn av sin høye toppeffekt. Effektive kjølesystemer er avgjørende for å sikre stabil ytelse og lang levetid.

Kjølesystemer: Ultrahurtige lasere er vanligvis utstyrt med industrielle kjølere med en temperaturkontrollpresisjon på ±0,1 °C eller bedre for å opprettholde stabil laserytelse.

TEYU CWUP-serien kjølere : Disse laserkjølerne er spesielt utviklet for ultrahurtig laserkjøling, og tilbyr PID-kontrollert temperaturregulering med en presisjon så høy som 0,08 °C til 0,1 °C. De støtter også RS485-kommunikasjon for fjernovervåking og -kontroll, noe som gjør dem ideelle for ultrahurtige lasersystemer på 3–60 W.

Fremtidige trender innen ultrahurtige lasere

Den ultrahurtige laserindustrien utvikler seg mot:

1. Kortere pulser, høyere toppeffekt: Kontinuerlige fremskritt innen moduslåsing og pulskompresjon vil muliggjøre attosekundpulslasere for ekstreme presisjonsapplikasjoner.

2. Modulære og kompakte systemer: Fremtidens ultrahurtige lasere vil være mer integrerte og brukervennlige, noe som reduserer kompleksitet og applikasjonskostnader.

3. Lavere kostnader og lokalisering: Etter hvert som viktige komponenter som laserkrystaller, pumpekilder og kjølesystemer blir produsert innenlands, vil kostnadene for ultrahurtige lasere synke, noe som legger til rette for bredere bruk.

4. Integrasjon på tvers av bransjer: Ultrahurtige lasere vil i økende grad fusjonere med felt som optisk kommunikasjon, kvanteinformasjon, presisjonsmaskinering og biomedisinsk forskning, og dermed drive frem nye teknologiske innovasjoner.

Konklusjon

Ultrarask laserteknologi er i rask utvikling, og tilbyr uovertruffen presisjon og minimale termiske effekter på tvers av industrielle, medisinske og vitenskapelige felt. Ledende produsenter fortsetter å forbedre laserparametere og integrasjonsteknikker, mens fremskritt innen kjøle- og termiske styringssystemer forbedrer laserstabiliteten. Etter hvert som kostnadene synker og tverrfaglige applikasjoner utvides, er ultrahurtige lasere klare til å revolusjonere flere høyteknologiske bransjer.