Definizioa
Laser ultra-azkarra laser pultsu ultra-intentso ultra-labur mota bat da, piko2. maila (10-12s) baino txikiagoa edo barruan duen pultsu-zabalera duena, eta energia-irteerako uhin-formaren arabera definitzen dena. Definizio hau "fenomeno ultra-azkarrei" lotuta dago. Fenomeno ultra-azkarrak materiaren sistema mikroskopikoan azkar aldatzen den prozesu fisiko, kimiko edo biologiko batean gertatzen den fenomeno bati egiten dio erreferentzia. Sistema atomiko eta molekularrean, atomoen eta molekulen mugimenduaren denbora-eskala pikosegundoetatik femtosegundoetara bitartekoa da. Adibidez, molekularen errotazio-periodoa pikosegundoen ordenakoa da, eta bibrazioaren periodoa femtosegundoen ordenakoa. Laser pultsuaren zabalerak piko2. edo femtosegundoen mailara iristen denean, molekulen mugimendu termiko orokorrean duen eragina neurri handi batean saihestu dezake (molekulen mugimendu termikoa materiaren tenperaturaren funtsa mikroskopikoa da), eta materiala bibrazio molekularraren denbora-eskalan sortzen da. Eragina, prozesatzeko helburua lortuz, efektu termikoa asko murrizten da.
motak
Laserren sailkapen-metodo asko daude, eta horien artean 4 sailkapen-metodo erabilienak daude: lan-substantziaren araberako sailkapena, energia-irteerako uhin-formaren araberako sailkapena (lan-modua), irteerako uhin-luzeraren araberako sailkapena (kolorea) eta potentziaren araberako sailkapena.
Horien artean, energia-irteerako uhin-formaren arabera, laserrak laser jarraituetan, laser pultsatuetan eta laser kuasi-jarraietan bana daitezke:
Etengabeko Laser
Laser bat da, etengabe energia-uhin egonkorrak igortzen dituena lanorduetan zehar. Potentzia handia du ezaugarri eta bolumen handiko eta urtze-puntu handiko materialak prozesatu ditzake, hala nola metalezko plakak.
Laser pultsatua
Energia pultsu moduan igortzen du. Pultsuaren zabaleraren arabera, mili2nd laser, mikro2nd laser, nano2nd itzaltze-gailuak, pico2nd laser, femto2nd laser eta atto2nd laser hauetan bana daiteke; adibidez, pultsu-laser baten irteerako laserraren pultsu-zabalera 1-1000ns artekoa bada, nano2nd laser deitzen diegu, eta abar. Pico2nd laser, femto2nd laser, atto2nd laser eta laser ultra-azkarrak deitzen ditugu. Pultsu-laserraren potentzia laser jarraituarena baino askoz txikiagoa da, baina prozesatzeko zehaztasuna laser jarraituarena baino handiagoa da, eta, oro har, zenbat eta pultsu-zabalera estuagoa izan, orduan eta handiagoa da prozesatzeko zehaztasuna.
Ia-CW laserra
Denbora-tarte jakin batean energia handiko laserra behin eta berriz igor dezake, eta teorian pultsu laserra ere bada.
Goiko 3 laserren energia-irteerako uhin-formak "betebehar-zikloa" parametroaren bidez ere deskriba daitezke. Laser baten kasuan, betebehar-zikloa laser energiaren irteerako denboraren eta pultsu-ziklo bateko denbora osoaren arteko erlazio gisa interpreta daiteke.
CW laser betebehar-zikloa (=1) > ia-CW laser betebehar-zikloa > pultsatutako laser betebehar-zikloa. Oro har, zenbat eta estuagoa izan pultsatutako laserraren pultsu-zabalera, orduan eta txikiagoa da betebehar-zikloa.
Materialen prozesamenduaren arloan, pultsu bidezko laserrak hasieran laser jarraituen trantsizio-produktu bat izan ziren. Hau da, laser jarraituen irteera-potentzia ezin delako oso altua izan, osagai nagusien euskarri-ahalmena eta hasierako faseko teknologia-maila bezalako faktoreen eraginagatik, eta materiala ezin delako urtze-punturaino berotu. Goikoak prozesamenduaren helburua lortzen du. Zenbait bitarteko tekniko erabiltzen badira laserraren irteera-energia pultsu bakarrean kontzentratzeko, laserraren potentzia osoa aldatzen ez den arren, pultsuaren uneko potentzia asko handitzen da, eta horrek materialen prozesamenduaren eskakizunak betetzen ditu. Geroago, laser jarraituaren teknologia pixkanaka heldu zen, eta ikusi zen pultsu bidezko laserrak abantaila handia duela prozesatzeko zehaztasunean. Hau da, pultsu bidezko laserrak materialetan duen eragin termikoa txikiagoa delako, eta zenbat eta estuagoa izan laser-pultsuaren zabalera, orduan eta txikiagoa izango da efektu termikoa, eta zenbat eta leunagoa izan prozesatutako materialaren ertza, orduan eta mekanizazio-zehaztasuna handiagoa izango da.
Osagaiak
Laser ultralasterren 2 eskakizun nagusi: egonkortasun handiko pultsu ultralaburra eta pultsu-energia handia. Oro har, pultsu ultralaburrak modu-blokeatze teknologia erabiliz lor daitezke, eta pultsu-energia handia CPA anplifikazio teknologia erabiliz. Parte hartzen duten osagai nagusien artean osziladoreak, luzagailuak, anplifikadoreak eta konpresoreak daude. Horien artean, osziladore eta anplifikadore teknologia da zailena, eta laser ultralasterren fabrikazio enpresa baten oinarrizko teknologia ere badira.
Osziladore
Osziladorean, laser pultsu ultraazkarrak modua blokeatzeko teknika bat erabiliz lortzen dira.
ohatila
Luzatzaileak femto2. hazi-pultsuak denboran uhin-luzera desberdinetan luzatzen ditu.
Anplifikadorea
Txirrinadun anplifikadore bat erabiltzen da pultsu luzatu hau guztiz energia emateko.
Konpresorea
Konpresoreak osagai desberdinen espektro anplifikatuak elkartu eta femto2. zabalerara leheneratzen ditu, horrela berehalako potentzia oso handiko femto2. laser pultsuak sortuz.
aplikazioak
Nano2nd eta milli2nd laserrekin alderatuta, ultra-laserrek duten potentzia orokorra txikiagoa den arren, materialen bibrazio molekularren denbora-eskalan zuzenean eragiten duelako, "prozesaketa hotza" lortzen du benetako zentzuan, beraz, prozesatzeko zehaztasuna asko hobetzen da.
Ezaugarri desberdinak direla eta, potentzia handiko laser jarraituek, laser pultsatuak ez-ultra azkarrak eta laser ultra azkarrak alde handiak dituzte ondorengo aplikazio-eremuetan:
Potentzia handiko laser jarraituak (eta laser kuasi-jarraituak) ebakitzeko, sinterizatzeko erabiltzen dira. soldadura, gainazaleko estaldura, zulaketa, 3D metalezko materialen inprimaketa.
Laser pultsatuak ez-ultra azkarrak material ez-metalikoak markatzeko, siliziozko materialak prozesatzeko erabiltzen dira, zehaztasun-grabatua metalezko gainazalen garbiketa, metalezko gainazalen garbiketa, metalen doitasun-soldadura, metalen mikromekanizazioa.
Laser ultra-azkarrak beira, PET eta zafiroa bezalako material gardenak eta material gogor eta hauskorrak ebakitzeko eta soldatzeko erabiltzen dira. zehaztasun markaketa, oftalmologiako kirurgia, materialen pasibazio mikroskopikoa eta grabatzea.
Erabileraren ikuspuntutik, potentzia handiko CW laserrek eta laser ultra-azkarrek ia ez dute elkarrekiko ordezkapen-harremanik. Ardatzak eta pintzak bezalakoak dira, eta haien tamainek abantailak eta desabantailak dituzte. Ultra-azkarrak ez diren laser pultsatuen aplikazio aurreratuek gainjartze batzuk dituzte laser jarraituekin eta laser ultra-azkarekin. Benetako emaitzetatik abiatuta, aplikazio beraren pean, haien potentzia ez da laser jarraituena bezain ona, eta bere zehaztasuna ez da laser ultra-azkarrena bezain ona. Nabarmenagoa da kostu-errendimendua.
Batez ere nano2nd ultramore laserrak, nahiz eta bere pultsu-zabalerak ez duen pico2nd mailara iristen, prozesatzeko zehaztasuna asko hobetu da beste nano2nd koloretako laserrekin alderatuta, eta oso erabilia izan da 3C produktuen prozesamenduan eta fabrikazioan. Etorkizunean, laser ultra-azkarrei kostua jaisten den heinean, nano2nd ultramoreen merkatua har dezake.
Laser ultra-azkarrek benetako prozesamendu hotza gauzatzen dute eta abantaila nabarmenak dituzte doitasun-prozesamenduan. Laser ultra-azkarrei buruzko ekoizpen-teknologia pixkanaka heltzen den heinean, kostua pixkanaka jaisten da. Etorkizunean, medikuntza-biologian, aeroespazialean, kontsumo-elektronikan, argiztapen-pantailetan, energia-ingurunean, doitasun-makinetan eta beste industria batzuetan asko erabiliko direla espero da.
Kosmetologia medikoa
Laser ultra-azkarrak begi-kirurgia medikoko ekipamenduetan eta gailu kosmetikoetan erabil daitezke. Femto2nd laserra miopia-kirurgian erabiltzen da eta "errefrakzio-kirurgian beste iraultza bat" bezala ezagutzen da, uhin-frontearen aberrazio-teknologiaren ondoren. Miopeak diren pazienteen begi-ardatza begi-ardatz normala baino handiagoa da, beraz, begi-globoaren erlaxazio-egoeran, begiaren errefrakzio-sistemaren errefrakzioaren ondoren argi-izpi paraleloen fokua erretinaren aurrean geratzen da. Femto2nd laser-kirurgiak ardatz-dimentsioko gehiegizko muskulua kendu eta ardatz-distantzia normaltasunera berreskura dezake. Femto2nd laser-kirurgiak zehaztasun handia, segurtasun handia, egonkortasun handia, funtzionamendu-denbora laburra eta erosotasun handia ditu, eta miopia-kirurgia metodo ohikoenetako bat bihurtu da.
Edertasunari dagokionez, laser ultra-azkarrak erabil daitezke pigmentua eta sator natiboak kentzeko, tatuajeak kentzeko eta azalaren zahartzea hobetzeko.
Consumer Electronics
Laser ultra-azkarrak egokiak dira kontsumo-elektronikako fabrikazio-prozesuan material garden gogor eta hauskorren prozesamendurako, film meheen prozesamendurako, zehaztasun-markaketarako, etab. Telefono mugikorren beira tenplatua eta zafiroa kontsumo-elektronikako lehengaietan material gogor, hauskor eta gardenak dira, batez ere zafiroa, gogortasun eta hauskortasun handiagatik, mekanizazio-metodo tradizionalen eraginkortasuna eta errendimendu-tasa oso baxuak baitira; zafiroa oso erabilia da gaur egun. Oso erabilia da erloju adimendunetan, telefono mugikorren kamera-estalkietan, hatz-marken moduluen estalkietan, etab.; nano2nd laser ultramorea eta laser ultra-azkarra dira gaur egun zafiroa mozteko bitarteko tekniko nagusiak, eta laser ultra-azkarraren prozesatzeko efektua nano2nd laser ultramorea baino hobea da. Gainera, kamera-moduluek eta hatz-marken moduluek erabiltzen dituzten prozesatzeko metodoak batez ere nano2nd eta pico2nd laserrak dira. Telefono mugikorren pantaila malguak (pantaila tolesgarriak) mozteko eta dagokion... 3D Etorkizunean beira zulatzeko, teknologia nagusia laser ultraazkarrak izango dira ziurrenik.
Laser ultra-azkarrek aplikazio garrantzitsuak dituzte panelen fabrikazioan ere. Laser ultra-azkarrak OLED polarizatzaileak mozteko, zuritzeko eta LCD/OLED fabrikazioan konpontzeko erabil daitezke.
OLEDentzat, haien polimero materialak bereziki sentikorrak dira eragin termikoekiko. Gainera, gaur egun egiten diren zelulen tamaina eta tartea oso txikiak dira, eta gainerako prozesatzeko tamaina ere oso txikia da. Lehen bezalako trokel-ebaketa prozesu tradizionala ez da egokia gaur egun. Industriaren ekoizpen beharrak, eta orain forma bereziko pantailen eta zulodun pantailaren aplikazio-eskakizunak daude, eta horiek artisautza tradizionalen gaitasunetatik haratago doaz. Horrela, laser ultra-azkarrei buruzko onurak islatzen dira, batez ere pico2nd ultramore edo femto2nd laserrei buruzkoak, beroak eragindako eremu txikia dutenak eta kurba-prozesatzea bezalako aplikazio malguagoetarako egokiagoak direnak.
Mikro soldadura
Beira bezalako ingurune solido gardenetan, hainbat fenomeno gertatuko dira pultsu ultramotzeko laserra ingurunean hedatzen denean, hala nola xurgapen ez-lineala, urtze-kaltea, plasma-eraketa, ablazioa eta zuntz-hedapena. Irudiak pultsu ultramotzeko laserra eta material solidoaren arteko elkarrekintzan gertatzen diren hainbat fenomeno erakusten ditu, potentzia-dentsitate eta denbora-eskala desberdinetan.
Laser bidezko pultsu ultra-laburretako mikrosoldadura teknologiak ez du tarteko geruzarik sartu beharrik, eraginkortasun handia eta zehaztasun handia ditu, ez du efektu termiko makroskopikorik, eta propietate mekaniko eta optiko nahiko idealak ditu mikrosoldadura tratamenduaren ondoren, beraz, oso egokia da beira bezalako material gardenen mikrosoldadurarako. Adibidez, ikertzaileek arrakastaz soldatu dituzte muturreko tapoiak zuntz optiko estandar eta mikroegituratuetan 70 fs, 250 kHz-ko pultsuak erabiliz.
Bistaratzeko Argiztapena
Laser ultra-azkarrek pantailen argiztapenaren arloan duten aplikazioa batez ere LED obleak marraztu eta ebakitzeari egiten dio erreferentzia. Hau laser ultra-azkarrak material gogorrak eta hauskorrak prozesatzeko egokiak direla erakusten duen beste adibide bat da. Laser bidezko prozesamendu ultra-azkarrak zeharkako sekzio lautasun handia du eta ertzen txirbilketa nabarmen murrizten du. Eraginkortasuna eta zehaztasuna asko hobetzen dira.
Energia Fotovoltaikoa
Laser ultra-azkarrek aplikazio-eremu zabala dute zelula fotovoltaikoen fabrikazioan. Adibidez, CIGS geruza meheko baterien fabrikazioan, laser ultra-azkarrek jatorrizko eskribatze-prozesu mekanikoa ordezkatu dezakete eta eskribatzearen kalitatea nabarmen hobetu, batez ere P2 eta P3 eskribatze-loturetan, ia txirbildu gabe, pitzadurarik eta hondar-tentsiorik gabe lortuz.
Aerospace
Turbina-palen errendimendua eta bizitza erabilgarria hobetzeko, eta ondoren motorraren errendimendua hobetzeko, aire-film bidezko hozte-teknologia erabiltzea beharrezkoa da, eta horrek oso eskakizun handiak ezartzen ditu aire-film bidezko zuloen prozesatzeko teknologiarako. 2018an, Xi'an Optika eta Mekanika Institutuak Txinako pultsu-energia bakarreko handiena garatu zuen. 26 watt-eko femto2nd zuntz laser industrialak, eta laser ultra-azkarreko muturreko fabrikazio-ekipoen serie bat garatu zuten, eta aurrerapen handia lortu zuten aeronautikako turbina-paletako aire-film bidezko zuloen "prozesamendu hotzean", barne-hutsune bat betez. Prozesatzeko metodo hau EDM baino aurreratuagoa da. Metodoaren zehaztasuna handiagoa da eta errendimendu-tasa asko hobetu da.
Laser ultra-azkarrak zuntz-indartutako material konposatuen mekanizazio zehatzean ere aplika daitezke, eta mekanizazio-zehaztasunaren hobekuntzak material konposatuen, hala nola karbono-zuntzaren, aplikazioa zabaltzen lagunduko du aeroespazialean eta beste goi-mailako arlo batzuetan.
Ikerketa Arloa
2 fotoi polimerizazio teknologia (2PP) "nano-optikoa" da. 3D inprimatzeko metodoa, prototipo azkarren argi-sendatze teknologiaren antzekoa, eta Christopher Barnatt futuristak uste du teknologia hau ohiko bihur daitekeela 3D etorkizunean inprimatzea. 2 fotoi polimerizazio teknologiaren printzipioa erretxina fotosentikorra selektiboki sendatzea da "femto2. pultsu laserra" erabiliz. Foto-sendatze bidezko prototipo azkarraren antzekoa dirudi, baina aldea da 2 fotoi polimerizazio teknologiak lor dezakeen geruza lodiera minimoa eta XY ardatzaren bereizmena 100 nm eta 200 nm artekoak direla. Beste era batera esanda, 2PP 3D Inprimatzeko teknologia ehunka aldiz zehatzagoa da argiz sendatzeko moldeatzeko teknologia tradizionala baino, eta inprimatutako gauzak bakterioak baino txikiagoak dira.
Gaur egun, laser ultra-azkarrei dagokienez, oraindik nahiko garestia da. Industriako aitzindari gisa, STYLECNC dagoeneko laser bidezko prozesatzeko ekipamendu ultra-azkarrak ekoizten ari da eta merkatuaren iritzi ona lortu du. OLED moduluetarako laser bidezko zehaztasun-ebaketa ekipamendua, laser teknologia ultra-azkarrean oinarrituta, laser bidezko markaketa ekipamendu ultra-azkarrak (pikosegundoak/femtosegundoak), pico2nd infragorrizko pantailak egiteko beira txanflatzeko laser bidezko prozesatzeko ekipamendua eta pico2nd infragorrizko beirazko obleak merkaturatu dira: laser bidezko ebaketa ekipamendua, LED dado ikusezin automatikoa mozteko makina, erdieroaleen obleak. laser ebaketa-makina, hatz-marken identifikazio moduluetarako beirazko estalkiak ebakitzeko ekipoak, pantaila malguen ekoizpen masiboko lerroak eta laser produktu ultra-azkarrak.
Pros eta kontrakoak
Pros
Laser ultra-azkarra laser arloko garapen-norabide garrantzitsuenetako bat da. Teknologia emergente gisa, abantaila nabarmenak ditu mikromekanizazio zehatzean. Laser ultra-azkarrak sortutako pultsu ultra-laburrak materialarekin elkarreragiten du denbora oso laburrean, eta ez du berorik eramango inguruko materialei, beraz, laser bidezko prozesamendu ultra-azkarrari prozesamendu hotza ere deitzen zaio. Hau da, laser pultsuaren zabalerak pico2 edo femto2 mailara iristen denean, molekula-higidura termikoan duen eragina neurri handi batean saihestu daitekeelako, eragin termiko txikiagoa lortuz.
Adibidez, arrautza kontserbak sukaldeko labana kamuts batekin mozten ditugunean, askotan zati finetan mozten ditugu. Labana zorrotz batekin ebakitzeko metodo bat aukeratzen baduzu, nahaspila azkar mozten duena, arrautza kontserbak uniformeki eta ederki moztuko dira. Hori da oso azkarra izatearen abantaila.
Cons
Zirkuitu integratuek eta panelek bezalako goi-mailako manufaktura-industriek oso eskakizun handiak dituzte laser bidezko prozesatzeko ekipoetarako, eta aurrerapen teknologikoak itxaropenak ez betetzeko arriskua dago.
Laser ultra-azkarrei prezioa altua da, eta laser hornitzaile berri batera aldatzeak merkatua espero bezala zabaltzeko gai ez izateko arriskua du, bai laser ekipamenduen fabrikatzaileentzat, bai beheragoko erabiltzaile gehienentzat.
