Що таке надшвидкі лазери та як вони використовуються?

Визначення надшвидких лазерів

Ультрашвидкі лазери – це лазери, що випромінюють надзвичайно короткі імпульси, зазвичай у пікосекундному (10⁻¹² секунд) або фемтосекундному (10⁻¹⁵ секунд) діапазоні. Завдяки надкороткій тривалості імпульсу, ці лазери взаємодіють з матеріалами переважно через нетермічні, нелінійні ефекти, значно зменшуючи теплорозсіювання та термічне пошкодження. Ця унікальна характеристика робить надшвидкі лазери ідеальними для прецизійної мікрообробки, медичних процедур та наукових досліджень.

Застосування надшвидких лазерів

Завдяки високій піковій потужності та мінімальному тепловому впливу, надшвидкі лазери широко застосовуються в різних галузях промисловості, зокрема:

1. Промислова мікрообробка: Надшвидкі лазери дозволяють виконувати точне різання, свердління, маркування та обробку поверхонь на мікро- та нанорівнях з мінімальними зонами термічного впливу.

2. Медична та біомедична візуалізація: В офтальмології фемтосекундні лазери використовуються для хірургії ока LASIK, забезпечуючи точне розрізання рогівки з мінімальними післяопераційними ускладненнями. Крім того, вони застосовуються в багатофотонній мікроскопії та біомедичному аналізі тканин.

3. Наукові дослідження: Ці лазери відіграють вирішальну роль у спектроскопії з роздільною здатністю в часі, нелінійній оптиці, квантовому управлінні та дослідженнях нових матеріалів, дозволяючи вченим досліджувати надшвидку динаміку на атомному та молекулярному рівнях.

4. Оптичний зв'язок: Деякі надшвидкісні лазери, такі як волоконні лазери з довжиною хвилі 1,5 мкм, працюють у діапазоні оптичного волоконного зв'язку з низькими втратами, слугуючи стабільними джерелами світла для високошвидкісної передачі даних.

Параметри потужності та продуктивності

Надшвидкі лазери характеризуються двома ключовими параметрами потужності:

1. Середня потужність: Коливається від десятків міліват до кількох ват або вище, залежно від вимог застосування.

2. Пікова потужність: Через надзвичайно коротку тривалість імпульсу пікова потужність може сягати від кількох кіловат до сотень кіловат. Наприклад, деякі фемтосекундні лазери підтримують середню потужність 1 Вт, тоді як їхня пікова потужність на кілька порядків вища.

Інші важливі показники продуктивності включають частоту повторення імпульсів, енергію імпульсу та ширину імпульсу, всі з яких необхідно оптимізувати на основі конкретних промислових та дослідницьких потреб.

Провідні виробники та розвиток галузі

Кілька світових виробників домінують у галузі надшвидких лазерів:

1. Когерентна, спектрофізика, Ньюпорт (MKS) – Встановлені компанії зі зрілими технологіями та широким спектром промислових та наукових застосувань.

2. TRUMPF, IPG Photonics – Лідери ринку промислових рішень для лазерної обробки.

3. Китайські виробники (Han's Laser, GaussLasers, YSL Photonics) – Нові гравці, що досягають значного прогресу в лазерному структуруванні, технологіях синхронізації мод та системній інтеграції.

Системи охолодження та терморегуляція

Незважаючи на низьку середню потужність, надшвидкі лазери генерують значне миттєве тепло завдяки високій піковій потужності. Ефективні системи охолодження є важливими для забезпечення стабільної роботи та тривалого терміну служби.

Системи чилерів: Надшвидкі лазери зазвичай оснащуються промисловими чилерами з точністю контролю температури ±0,1°C або краще для підтримки стабільної роботи лазера.

Чилери TEYU серії CWUP : Розроблені спеціально для надшвидкого лазерного охолодження, ці лазерні чилери пропонують ПІД-регулювання температури з точністю від 0,08°C до 0,1°C. Вони також підтримують зв'язок RS485 для дистанційного моніторингу та керування, що робить їх ідеальними для надшвидких лазерних систем потужністю 3–60 Вт.

Майбутні тенденції в надшвидких лазерах

Індустрія надшвидких лазерів розвивається в напрямку:

1. Коротші імпульси, вища пікова потужність: Постійні досягнення в синхронізації мод та стисненні імпульсів дозволять використовувати атосекундні імпульсні лазери для надзвичайно точних застосувань.

2. Модульні та компактні системи: Майбутні надшвидкісні лазери будуть більш інтегрованими та зручними для користувача, що зменшить складність та витрати на застосування.

3. Нижчі витрати та локалізація: Оскільки ключові компоненти, такі як лазерні кристали, джерела накачування та системи охолодження, будуть вироблятися всередині країни, вартість надшвидких лазерів знизиться, що сприятиме їх ширшому впровадженню.

4. Міжгалузева інтеграція: Надшвидкі лазери дедалі більше поєднуватимуться з такими галузями, як оптичний зв'язок, квантова інформація, прецизійна обробка та біомедичні дослідження, стимулюючи нові технологічні інновації.

Висновок

Технологія надшвидких лазерів стрімко розвивається, пропонуючи неперевершену точність та мінімальний тепловий вплив у промисловій, медичній та науковій галузях. Провідні виробники продовжують удосконалювати параметри лазерів та методи інтеграції, а вдосконалення систем охолодження та терморегуляції підвищують стабільність лазера. Зі зниженням витрат та розширенням міжгалузевих застосувань, надшвидкі лазери готові до революції в багатьох високотехнологічних галузях промисловості.