Lazè enpulsyonèl ultrashort, tankou lazè femtosecond, yo de pli zan pli vin fasil-a-itilize aparèy plug-and-play apwopriye pou yon pakèt aplikasyon endistriyèl ak byomedikal. Kenz ane de sa, lazè sa yo te gwo mainframes ki te egzije netwayaj chak jou nan optik yo. , antretyen regilye nan dlo a refwadi, ak optimize konstan nan paramèt yo lazè.
Jodi a, tribin eta solid ak fib-optik ki itilize teknoloji anplifikasyon fib kristal fotonik ki pwouve ak achitekti anplifikasyon chirped-pulse te pwodwi lazè femtosecond kontra enfòmèl ant, serye ak pi ba pri.
Nan sous ultrashort jodi a, kavite lazè a se gaz-sere, e menm pi gwo disk oswa plak anplifikasyon kavite yo fèmen pou izòlman pi efikas nan anviwònman an. Sa vle di ke lazè ultrarapid modèn yo pa bezwen yo dwe kalibre manyèlman nan jaden an epi yo mwens afekte pa chanjman nan tanperati oswa imidite.
Heather George, manadjè pwodwi TRUMPF, te di: "Sa gen plizyè dizèn ane, si w te etènye anpil bò kote yon lazè ultrarapid, li te kapab mal aliyman oswa pèdi mòd-bloke," te di Heather George, manadjè pwodwi TRUMPF, "Avènman lazè semans pasif mòd-bloke, olye ke semans aktif mòd-bloke. lazè, te fè lazè endistriyèl ultrarapid posib."
Sous lazè femtosecond konplè yo disponib kounye a nan yon varyete pwen pri, osi byen ke dire batman kè fleksib, enèji batman kè, pouvwa mwayèn ak paramèt gwo bout bwa.
Anpil nan sistèm sa yo ale pi lwen nan entegre karakteristik tankou otomatik pre-konpansasyon pou dispèsyon vitès gwoup vle oswa entegre modulateur acousto-optik, ki pèmèt kontwòl sou pouvwa mwayèn, enèji pou chak batman kè ak pousantaj repetisyon.
"Akote de degradasyon pèfòmans minè ak dousman ki asosye ak aje natirèl eleman, lazè konplè a pa mande pou nenpòt ajisteman peryodik oswa re-optimize pa itilizatè a, epi li ta dwe adistans dyagnostik epi ofri entèvansyon sèvis aleka pou maksimize disponiblite." te di Marco Arrigoni, direktè maketing nan Coherent Corp.
Pandan ke sistèm ultrarapid fasil pou itilizatè yo ap vin de pli zan pli disponib, yon pi bon konpreyansyon sou paramèt lazè sa yo ka ede amelyore debi yo, bon jan kalite, ak efikasite aplikasyon yo. Lazè ultrarapid ki baze sou fib ka opere pou ane ak ti antretyen epi yo relativman abòdab. Tipik lazè fib femtosecond ak pouvwa pwodiksyon mwens pase 10 W, frekans repetisyon ant 80 ak 100 MHz, ak enèji batman kè ant 10 ak 20 nJ koute apeprè $ 50, 000, apeprè mwatye pri a nan pwodwi anvan yo.
Sepandan, pri a ogmante kòm enèji mwayèn pouvwa / batman kè ogmante. Lazè ultrarapid aktyèl yo gen pouvwa mwayèn ant 10 ak 200 W, lajè batman ki mwens pase 300 fs, enèji batman kè ant 0.1 ak 2 mJ, ak enèji pete 8 mJ. Lazè sa yo gen yon pri nan $80,000 jiska $100,000.
Bernhard Wolfring, manadjè pwodwi pou lazè ultrarapid nan TOPTICA Photonics AG, di ke solisyon an konsepsyon dwe pran an kont pri a kont karakteristik fizik zouti lazè ki nesesè yo. "Pwisans minimòm ki nesesè a pa pèmèt depans yo dwe redwi anba yon sèten nivo," li te di. "Nan lòt men an, kondisyon maksimòm pouvwa a ede evite oversizing sistèm nan an tèm de pri ak fonctionnalités. Rezilta a se nòmalman yon balans optimal ant konsepsyon ak pri, ak konsepsyon ak paramèt, pou sistèm lazè espesyalize."
Aplikasyon Youn: Pwosesis Materyèl
Femtosecond lazè kontinye ap itilize nan yon pakèt aplikasyon pou tretman materyèl, tankou koupe papye pou ekspozisyon panèl plat, echafodaj medikal mikromachin ak scribing wafer.
Femtosecond pulsasyon rezilta nan pi bon kalite nan aplikasyon pou micromachining konpare ak piko- oswa nanosecond pulsasyon, an pati paske pulsasyon femtosecond minimize enpak la nan domaj tèmik, tankou zòn ki afekte chalè (HAZ) oswa debri alantou zòn nan pwosesis. Li se vo anyen ke gen yon liy anba nan avantaj sa yo: pou pifò materyèl, pulsasyon ki pi kout pase 350 fs pa amelyore efikasite D 'epi yo ka mande optik pi chè. Anplis de sa, lajè batman kè a se sèlman yon pati nan pwoblèm nan.
Hui Imam, direktè maketing estratejik pou lazè ultrarapid nan NKT Photonics, di: "Nou panse lajè batman kè ka yon ti jan twonpe. Paramèt enpòtan an se pik pouvwa, ki se kantite enèji delivre nan yon femtosecond kout. Pi wo a pik la. pouvwa pou yon batman femtosecond kout bay, se plis materyèl ablasyon ak mwens enpak tèmik."
Tretman chalè redwi se kritik pou materyèl tanperati oswa mekanikman sansib tankou Nitinol, polymères, materyèl dwòg-enjekte, oswa dielectrics mens.
Enèji batman kè ak pouvwa mwayèn nan lazè fib ultrarapid yo limite pa papòt la domaj fib. Estrikti anplifikasyon tankou plak ak anplifikatè ki gen kapasite ka pwodwi pi wo enèji batman kè ak pouvwa mwayèn. Men, yo menm tou yo vini ak yon pi gwo anprint, pi gwo pri ak kondisyon refwadisman pi sevè.
Pouvwa mwayèn ak pousantaj repetisyon detèmine enèji batman kè maksimòm ki ka reyalize ak yon sèl batman lazè. Pou pifò aplikasyon pou pwosesis materyèl, enèji batman kè pi gwo depann de sa yo rele papòt ablasyon an.
Papòt la varye de materyèl an materyèl, men yon fwa enèji batman kè a depase papòt ablasyon materyèl la, pwosesis la vin satire. Nan sans, plasma a ki te kreye pandan pwosesis la ablation absòbe pulsasyon ki vin apre, ki ogmante chalè ak diminye efikasite pwosesis.
"Pou ablation nan pifò materyèl, enèji batman kè tipik lè w ap itilize pulsasyon femtosecond se ant {{0}}.02 ak 0.2 mJ." George te di.
Dansite pouvwa ekstrèmman wo nan pulsasyon lazè femtosecond tou pwovoke de oswa milti-foton absòpsyon nan materyèl la, sa ki lakòz estrikti ki genyen twa dimansyon ak rezolisyon amann pi lwen pase limit yo nan diffraction optik. Kontrèman ak teknik tradisyonèl mikwo/nano fabrikasyon, pwosesis lazè femtosecond ofri tou de gwosè karakteristik nanokal ak kapasite achitekti ki genyen twa dimansyon.
Kantite enèji limyè ki transmèt pou chak zòn inite (ki rele fluence lazè) detèmine efikasite pousantaj ablasyon (mm3/min/W). Pou pifò materyèl, pi gwo valè fluence ki konbine pi gwo kalite pwosesis la ak itilizasyon enèji limyè ki pi efikas se apeprè 1 J/cm2.
Jim Bovatsek, Senior Aplikasyon Jeni Manadjè nan MKS Spectra-Physics, di, "Flux anba pik la lakòz yon gwo gout nan efikasite, pandan y ap pi wo flux rezilta nan yon diminisyon gradyèl nan efikasite." Sa a pèmèt pou pi wo debi pa kouri nan pi gwo pousantaj repetisyon, ki rezilta nan pi wo pouvwa mwayèn.
Nan kèk pwen, sepandan, swa ekipman oksilyè mouvman / eskanè a pa deplase ase vit, oswa kapasite materyèl la pou gaye enèji chalè rezidyèl se ensifizan, oswa toude, ak rezilta a se yon zòn mwens-pase-ideyal chalè ki afekte.
Pou koupe materyèl tankou nitinol, yon frekans repetisyon lazè ak enèji batman kè nan 100 kHz ak ~ 80 µJ, respektivman, parèt yo dwe yon limit siperyè anvan yon zòn ki afekte chalè (HAZ) kòmanse fòme, pandan y ap yon frekans batman ki pi gran pase. 2 MHz ak yon pouvwa ki pi gran pase 100 W ka itilize pou koupe fim polymère tankou polyethylene terephthalate ak polyimide, Bovatsek te di.
Aplikasyon 2: Marking pati medikal yo
Lazè Femtosecond kapab solisyon teknik ideyal pou make aparèy medikal ki kapab itilize ankò si volim pwodiksyon an konpanse pou pri lazè a.
Gen yon aplikasyon k ap grandi pou make aparèy medikal ak kòd bar pèmanan 2D nan koulè nwa oswa nwa, ki ka itilize pou anrejistre zouti sa yo epi kenbe tras nan lè yo netwaye.
Tipikman, make atik sa yo mande pou itilize nan pi ba pri nanosecond lazè enpulsyonèl. Makè sa yo trete chimikman pou yo reziste korozyon. Sepandan, lazè femtosecond pwodui yon mak indélébile ki pa korode ak oksidasyon sou tan, kidonk etap tretman chimik adisyonèl pa ka nesesè.
Pwosesis metal yo ak pikosecond oswa femtosecond lazè pwodui ti estrikti peryodik nan nanokal la ki parèt kòm mak nwa ki gen gwo kontras, "di George nan Tonson. Mak nwa sa yo endepandan de ang gade epi yo montre kontras nwa nan nenpòt ang gade."
Rechèch ap kontinye pou konnen si pulsasyon femtosecond ka reyalize pi bon kalite makè pase pulsasyon pikosecond. Sepandan, pi wo pousantaj repetisyon pèmèt pou pi vit optik epi konsa pi kout tan sik. Se poutèt sa, aplikasyon pou make medikal yo dwe konsidere komès ki genyen ant vitès ak bon jan kalite.
Nan mak nwa, enèji batman kè ba (<0.05 mJ) and high repetition rates (1 MHz) are used," says Daniel Huerta-Murillo, laser applications engineer at Trafotek. Higher pulse energies result in structured materials, while insufficient pulse energy produces low-contrast markings."
Aplikasyon 3: soude ak koupe
Pwosesis materyèl frajil tankou vè se yon lòt mache endistriyèl émergentes pou lazè femtosecond.
Dapre Antonio Castelo, manadjè teknoloji fotonik nan Ewopeyen Photonics Industry Consortium (EPIC), pwosesis vè mande pou yon konbinezon egzat nan longèdonn ak enèji batman kè. Si w pa sèvi ak paramèt ki kòrèk yo, souvan yo te ajoute etap polisaj adisyonèl nan fen pwosesis la.
Castelo di, "Kèk pwosesis yo itilize pou materyèl vè ak polymère ka mande pou diferan longèdonn nan enfrawouj tou pre ak mitan, epi kounye a yon seri solisyon konplè disponib nan 2- ak 3-mikwon."
Koupe ak soude nan vè oswa plastik klè frajil mande pou yon optik espesyal reyalize yon pwofil batman kè sèten ke yo rekonèt kòm yon gwo bout bwa Bessel. Travès sa a kreye yon seri de fokis lineyè sou materyèl la ap trete, menm jan ak yon kouto lazè mens ki ka modifye materyèl la nan yon sèl pas.
Epesè maksimòm ki ka trete limite pa enèji batman kè a. Plis materyèl la pi epè, se pi wo enèji batman kè ki nesesè.
Pou soude vè, enèji batman kè a varye ant {{0}}.01 mJ a 0.04 mJ, tou depann de kalite materyèl la, epi pou koupe vè, yon enèji batman kè 0.1 mJ a 2. mJ ka itilize, tou depann de epesè echantiyon an yo dwe trete, "di Huerta-Murillo ThruPoint a. Koupe lazè nan plak vè jiska 12 mm epesè te deja reyalize nan laboratwa aplikasyon Thomson."
Dire batman kè se yon lòt faktè enpòtan nan pwosesis vè. Pou egzanp, koupe vè klè ka fè ak pulsasyon pikosecond. Men, pou soude vè klè, pulsasyon femtosecond yo pi itil paske yo reyalize pi wo pouvwa pik, ki lakòz glas la fonn nan yon zòn espesifik lokalize.
Aplikasyon 4: Mikwoskopi multifoton
Puls Femtosecond yo patikilyèman byen adapte pou pwovoke aplikasyon miltifoton ki gen anpil valè pou aplikasyon pou D 'byolojik ak syantifik tankou mikwoskopi ki pa lineyè, optogenetics de foton, ak imaj twa foton.
Itilizatè final prensipal yo nan mache sa yo se byolojis ak nerosyantis ki gen orijin optik limite. Ajoute fonksyonalite pou senplifye zouti lazè se patikilyèman atire itilizatè final sa yo.
Li toujou tounen nan valè a te ajoute pou itilizatè a, pi souvan an tèm de fasilite nan itilizasyon ak itilizasyon, "di Arrigoni nan Coherent. Itilizatè yo nan laboratwa imaj debaz yo, ki souvan wotasyon ak san eksperyans, ka benefisye de yon seri konplè nan en. pèfòmans ak fasilman aksepte de fwa pri a nan yon sistèm lazè en."
Apeprè 80 pousan aplikasyon syantifik pou lazè ultrarapid yo reyalize ak lazè en, ki gen yon pouvwa mwayèn 10 W, frekans batman kè ant 1 kHz ak 10 MHz, lajè batman kè ki reglabl ant 20 fs ak 200 fs, ak longèdonn reglabl ant. 200 nm ak 1,000 nm.
Pou lazè femtosecond vize fenomèn multiphoton nan aplikasyon syans lavi yo, enèji batman kè a oswa pik pouvwa a se nòmalman faktè ki pi enpòtan, Wolfring te di. Pou jwenn bon rezilta, paramèt sa yo dwe kenbe nan yon seri sèten. Si pouvwa a twò ba, efikasite pwosesis de foton an ka pa ase pou pwodwi imaj mikwoskopik ak bon kontras. Si paramèt yo twò wo, imaj mikwoskòp la ka montre echantiyon tisi boule yo.
An jeneral, aplikasyon pou D 'multiphoton mande pou lazè pwodiksyon dè dizèn a dè santèn de nanojoules nan enèji ant 1 ak 100 MHz frekans batman kè sipòte optik imaj vit epi evite domaj nan echantiyon byolojik.
Nan prensip, pi kout batman kè a, pi wo efè ki pa lineyè, men kenbe yon lajè batman kout pandan y ap pwopaje nan sistèm optik la se yon faktè enpòtan; paramèt tankou dispèsyon ak efè konpansasyon vin enpòtan.
Ki jan yo balanse ideyal la ak reyalite?
Soti nan spèktroskopi nan fotonik informatique, lazè ultrarapid yo toujou jwenn nouvo domèn aplikasyon.
Kliyan nan domèn sa yo mande fleksibilite ak adaptabilite nan lazè yo, men lavi sous ultrarapid yo poko matche ak gwosè mache a. Dapre Florian Emaury, CEO nan Menhir Photonics, konpwomi yo pou livrezon pwodwi nan mache émergentes sa yo se yon defi ki merite rankontre.
Konsepsyon sistèm lazè ultrarapid pou mache sa yo dwe balanse bezwen kliyan ak livrezon rezonab an tèm de fyab ak fabrikasyon. Bati yon sistèm en solid mande pou etap iteratif - kòmanse ak detèmine espesifikasyon minimòm ki nesesè pou aplikasyon an vle.
Emaury di ke kondisyon kliyan yo toujou rezonab pou sa yo bezwen, men kliyan raman konsidere sa yo vle an tèm de fyab ak repetibilite pou sistèm nan yo bezwen. Lè w konsidere pri de de an komen nan lazè a pandan plizyè ane se kle.
Pwogrè nan lavni?
Lazè ultrarapid yo ap vin pi plis kontra enfòmèl ant, anplis ke yo te pi fasil yo sèvi ak ak plis pri konpetitif. Sistèm ki baze sou fib pèmèt livrezon gwo bout bwa ki pi fleksib, ki pèmèt entegrasyon fasil nan liy pwodiksyon etwat, sistèm mikwoskòp oswa anviwònman medikal.
Anprint ki pi piti tou pèmèt lazè ultrarapid yo dwe enstale nan aparèy ki pi piti, tankou achitekti enfòmatik fotonik, kote presizyon nan pulsasyon ultrashort pèmèt mikwoprosesè fotonik fè kalkil pi vit ak mwens enèji.
Emaury di, "Nou wè sa a kòm yon mache ak demann trè wo, epi nou planifye pou pwodwi dè santèn de milye, si se pa dè milyon, lazè pa ane." Natirèlman, pou kounye a lazè sa yo pral pi piti pase gwosè yon telefòn selilè, men yo pral eleman debaz nenpòt òdinatè ki wo."
Lazè espesyalize pou enfòmatik fotonik pral bezwen bay pousantaj repetisyon nan nivo gigahertz ak jisteman tan chak batman nan yon fenèt 10fs.
Pandan ke sa a ak lòt mache yo ka mande paramèt konplèks ki poko posib ak lazè jodi a, dènye pwogrè yo ap alimante nouvo devlopman yo.
Kòm lazè ultrarapid evolye, pèfòmans pi solid ak versatile an tèm de pousantaj repetisyon, longèdonn, ak dire batman kè ap inevitableman mennen nan yon gwo repo nan ekspansyon aplikasyon yo. Men, sanble gen kèk sòt de mityèl bay-ak-pran ant fason teknoloji a kondui mache a.
"Devlopman lazè fib nan dènye ane yo te montre ke nouvo longèdonn lazè ak nouvo nivo pouvwa, ki ka reyalize atravè nouvo konsèp tankou anplifikasyon batman kè chirped, bay yon pouse teknolojik enpòtan pou lazè fib antre nan mache kle aktyèl yo." Wolfring te di. Tradui ak www.DeepL.com/Translator (vèsyon gratis)
