Was sind die Eigenschaften und Anwendungen von Ultrakurzpulslasern?

Ultrakurzpulslaserhaben breite Anwendungsaussichten in der medizinischen Behandlung und optischen Aufzeichnung, und viele Anwendungen befinden sich derzeit im experimentellen Stadium der praktischen Anwendbarkeit, einschließlich Anwendungen in der physikalischen Wissenschaftsforschung.

Ein weiteres Merkmal dieser Technologie ist, dass die Bandbreite der verwendeten Impulse sehr groß ist. Beispielsweise liegt in Informationskommunikationsanwendungen die ultrahohe Wiederholungsfrequenz eines einzelnen Impulses mit kleiner Energie (pJ-Niveau) über 100 GHz; Der Energiebereich des Levels arbeitet mit hohen Wiederholungsraten; In hochintensiven quantenwissenschaftlichen Forschungsanwendungen können mit Einzelfrequenzimpulsen hohe Spitzenintensitäten im Petawatt-Bereich (PW) erreicht werden. In Bezug auf die Wellenlänge kann durch die Umwandlung der Ausgangswellenlänge des Ultrakurzpulslasers diese vom weichen Röntgenbereich von einigen Nanometern bis zum THz-Puls verarbeitet werden, der Submillimeterwellen entspricht. Betrachtet man den Status Quo der Ultrakurzpulslaser aus Anwendungssicht, so lassen sich diese grob in die folgenden drei Kategorien einteilen.

(1) Laser für die physikalische Forschung. Hier liegt das Einsatzgebiet der ersten etablierten Ultrakurzpulslasergeräte. Da diese Anwendung verschiedene Anforderungen an die Pulseigenschaften wie Wellenlänge, Pulsdauer und Pulsenergie stellt, können verschiedene Laser, einschließlich Farbstofflaser und Excimerlaser, verwendet werden. Wenn man auf die Leistung und nicht auf die Kosten achtet, kommen meist Festkörperlaser zum Einsatz. Festkörperlaser verfügen über eine flexible Leistung (die Parameter wie Pulsenergie oder Wiederholfrequenz können in einem relativ weiten Bereich eingestellt werden), wie etwa Laser, die zur Kernfusionszündung verwendet werden, oder groß angelegte Lasersysteme, die in verschiedenen Forschungsgeräten entwickelt und eingesetzt werden gehören zu dieser Kategorie.

(2) Es wird erwartet, dass er als Laser für industrielle Ausrüstungsanwendungen verwendet wird. Hauptsächlich im Bereich der Messung und Verarbeitung betrachtet. Durch den Einsatz von Kurzpulslasern können optimale Bearbeitungsergebnisse erzielt werden, allerdings müssen die Zuverlässigkeit bzw. der Wartungs- und Kostenaufwand der Geräte berücksichtigt werden. Mit der Verbesserung der Zuverlässigkeit modengekoppelter Festkörperlaser und dem Aufkommen von Hochleistungsfaserlasern haben die Menschen in den letzten Jahren hohe Erwartungen an die Entwicklung dieses Bereichs gesetzt.

(3) Halbleiterlaser und Faserlaser als Geräte für optische Informationskommunikationssysteme. Was diese industrielle Anwendung betrifft, sind die sozialen Vorteile am größten, sie wird jedoch auch leicht durch soziale Bedingungen wie Marktbedingungen sowie Informations- und Kommunikationspolitik beeinflusst. Die Menschen erinnern sich noch an die Branchendepression, die durch das Platzen der IT-Blase ausgelöst wurde. Neben der Leistung des Geräts müssen auch Aspekte wie Zuverlässigkeit, Kosten und Umweltschutz berücksichtigt werden, und die technischen Anforderungen sind streng. Langfristig gesehen ist der Bereich Kommunikation der Bereich mit den höchsten Erwartungen.

In den letzten Jahren wurde die Ultrakurzpulslichttechnologie immer beliebter, und seit den 1990er Jahren wurden verschiedene abstimmbare modengekoppelte Ultrakurzpuls-Festkörperlaser in die Praxis umgesetzt. Ein abstimmbarer Laser ist ein photonenbegrenzter Laser, bei dem sich das niedrigere Energieniveau des Lasers in einem schwingungserregten Zustand befindet, wodurch das Schwingungsfrequenzband verbreitert wird.

Ein typischer Ti:Saphir-Laser arbeitet stabil und erzeugt ultrakurzes (das kürzeste ist etwa 5 fs) gepulstes Licht mit einer durchschnittlichen Ausgangsleistung von 1 W. Wenn der mit Yb-Ionen dotierte Laserkristall verwendet wird, werden Impulse im Subpikosekundenbereich mit höherer durchschnittlicher Ausgangsleistung ausgegeben erhalten werden kann.

Anwendungen von Kurzpulslasern

Beim Schneiden und Bohren von Leiterplatten und FPCs ist es sehr wichtig, die Wärmeeinflusszone zu minimieren. Die Wärmeeinflusszone der Schnittfläche oder des Materials in der Nähe des Lochs ist in gewissem Maße eine Art thermischer Abbau. Durch den Einsatz von Ultrakurzpulsbreitenlasern wird die Wärmeeinflusszone minimiert. Ultrakurze Pulse können den Laserbearbeitungsprozess „kühler“, also „kalt“ machen. Dies liegt daran, dass die Pulsdauer kürzer ist als die thermische Diffusionszeit in organischen Materialien, was bedeutet, dass der Großteil der Laserpulsenergie vom ausgestoßenen Material abtransportiert wird, bevor es diffundieren kann.

Ultrakurzpulslaser (USP) mit Pulsbreiten im Femtosekunden- und Pikosekundenbereich können Energie gut auf die Nähe des Laserflecks beschränken. Wenn die Leistungsdichte mehrere zehn GW pro Quadratzentimeter erreicht, erreicht die Laserbearbeitung einen „kalten“ Ablationszustand, d. h. in diesem Fall wird der größte Teil des Materials direkt aus dem lasergesteuerten Bereich verdampft. Auf diese Weise wird der indirekte Schaden, der in der Nähe der Stelle auftreten kann, erheblich reduziert, da das Material in kurzer Zeit verdunstet und die Wärme keine Zeit zum Ableiten hat. Der größte Teil der absorbierten Energie wird vom abgetragenen Material in Form von kinetischer Energie abtransportiert. Leider ist der Einsatz von Ultrakurzpulslasern in der industriellen Produktion derzeit schwierig. Der Hauptgrund ist, dass die Verarbeitungsgeschwindigkeit aufgrund der geringen Durchschnittsleistung langsam ist und es daher schwierig ist, sie mit automatischen Materialverarbeitungsgeräten zu kombinieren. Darüber hinaus ist der Laser relativ groß (spezielle Laser sind auf optischen Plattformen aufgebaut).

Obwohl die Pulsenergie von Ultrakurzpulslasern viel kleiner ist als die von Nanosekundenlasern, gleicht die niedrigere Ablationsschwelle (höhere Bearbeitungseffizienz) dieser Laser die reduzierte Pulsenergie aus, sodass die Ausbeute höher ist. Darüber hinaus verfügen Ultrakurzpulslaser über höhere Pulswiederholungsraten, um eine schnelle Mehrfachbearbeitung zu unterstützen, was sie ideal für die selektive Bearbeitung dünnerer Schichten auf Substraten, typischerweise Keramik, macht.

Der ultraschnelle Laser vonJTBYShield Laser Technology Co., Ltd.ist das Femtosekunden-Laserverstärkungssystem mit den niedrigsten Betriebskosten auf dem heutigen Markt. Es integriert alle Komponenten zur Erzeugung von Hochleistungs-Femtosekundenpulsen in einem Gehäuse und verwendet einen Erbium-dotierten Faser-Femtosekundenlaser als Saatquelle sowie das spezielle Design ohne Anpassung (NOTweak) und bilden das weltweit einzigartige, ultrastabile, ultrakompaktes Titan-Saphir-Chirped-Pulsverstärkungssystem der CPA-Serie.

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