Quais são as características e aplicações do laser de pulso ultracurto?

Lasers de pulso ultracurtotêm amplas perspectivas de aplicação em tratamento médico e gravação óptica, e muitas aplicações estão atualmente em estágio experimental de praticidade, incluindo aplicações em pesquisa em ciências físicas.

Outra característica dessa tecnologia é que a faixa de pulsos utilizada é muito ampla. Por exemplo, em aplicações de comunicação de informação, a freqüência de repetição ultra-alta de um único pulso com pequena energia (nível pJ) está acima de 100 GHz; A faixa de energia do nível funciona em altas taxas de repetição; em aplicações de pesquisa científica quântica de alta intensidade, altas intensidades de pico no nível de petawatt (PW) podem ser alcançadas com pulsos de frequência única. Em termos de comprimento de onda, através da conversão do comprimento de onda de saída do laser de pulso ultracurto, ele pode ser processado da região de raios-X suave de alguns nanômetros para o pulso THz equivalente a ondas submilimétricas. Considerando o status quo dos lasers de pulso ultracurto do ponto de vista da aplicação, eles podem ser divididos aproximadamente nas três categorias a seguir.

(1) Lasers para pesquisa em ciências físicas. Este é o campo de aplicação dos primeiros dispositivos de laser de pulso ultracurto estabelecidos. Como esta aplicação impõe vários requisitos nas características do pulso, como comprimento de onda, duração do pulso e energia do pulso, uma variedade de lasers, incluindo lasers de corante e lasers excimer, pode ser usada. No caso de prestar atenção ao desempenho e não considerar o custo, os lasers de estado sólido são mais usados. Lasers de estado sólido têm desempenho flexível (os parâmetros como energia de pulso ou frequência de repetição podem ser ajustados em uma faixa relativamente ampla), como lasers usados ​​para ignição por fusão nuclear ou sistemas laser de grande escala desenvolvidos e utilizados em vários equipamentos de pesquisa, todos pertencem a esta categoria.

(2) Espera-se que seja usado como laser para aplicações em equipamentos industriais. Considerado principalmente no campo da medição e processamento. Resultados de processamento ideais podem ser obtidos usando lasers de pulso curto, mas a confiabilidade ou manutenção e custo do equipamento devem ser considerados. Nos últimos anos, com a melhoria da confiabilidade dos lasers de estado sólido com modo bloqueado e o surgimento de lasers de fibra de alta potência, as pessoas têm grandes expectativas para o desenvolvimento desse campo.

(3) Lasers de semicondutores e lasers de fibra como dispositivos do sistema de comunicação de informações ópticas. No que diz respeito a esta aplicação industrial, os benefícios sociais são os maiores, mas também é facilmente afetado por condições sociais como as condições de mercado e as políticas de informação e comunicação. As pessoas ainda se lembram da depressão da indústria provocada pelo estouro da bolha de TI. Além do desempenho do dispositivo, questões como confiabilidade, custo e proteção ambiental também devem ser consideradas, e os requisitos técnicos são rigorosos. De uma perspectiva de longo prazo, o campo da comunicação é o campo com as maiores expectativas.

Nos últimos anos, a tecnologia de luz de pulso ultracurto foi popularizada e, desde a década de 1990, vários lasers de estado sólido bloqueados no modo de pulso ultracurto sintonizáveis ​​foram colocados em uso prático. Um laser sintonizável é um laser confinado por fótons no qual o nível de energia mais baixo do laser está em um estado vibracionalmente excitado, o que amplia a banda de frequência de oscilação.

Um laser Ti:Sapphire típico funciona de forma estável, produzindo luz pulsada ultracurta (a mais curta é de cerca de 5fs) com uma potência de saída média de 1 W. Se o cristal laser dopado com íons Yb for usado, saída de pulso sub-picossegundo com potência de saída média mais alta pode ser obtido.

Aplicações de lasers de pulso curto

Ao cortar e perfurar PCBs e FPCs, é muito importante minimizar a zona afetada pelo calor. A zona afetada pelo calor da superfície de corte ou o material próximo ao furo é um tipo de degradação térmica até certo ponto. O uso de lasers de largura de pulso ultracurtos minimiza a zona afetada pelo calor. Pulsos ultracurtos podem tornar o processo de processamento a laser "mais frio", ou seja, "processamento a frio". Isso ocorre porque a duração do pulso é menor que o tempo de difusão térmica em materiais orgânicos, o que significa que a maior parte da energia do pulso do laser é transportada pelo material ejetado antes que ele possa se difundir.

Lasers de pulso ultracurto (USP) com larguras de pulso na faixa de femtossegundos e picossegundos podem confinar a energia nas proximidades do ponto do laser. Quando a densidade de potência atingir dezenas de GW por centímetro quadrado, o processamento a laser atingirá um estado de ablação "frio", ou seja, neste caso, a maior parte do material é evaporada diretamente da área direcionada ao laser. Dessa forma, os danos indiretos que podem ocorrer próximo ao local são bastante reduzidos, pois o material evapora em pouco tempo e o calor não tem tempo de ser conduzido. A maior parte da energia absorvida é transportada pelo material ablacionado na forma de energia cinética. Infelizmente, atualmente, os lasers de pulso ultracurto são difíceis de serem aplicados na produção industrial. A principal razão é que a velocidade de processamento é lenta devido à baixa potência média, por isso é difícil combinar com equipamentos automáticos de processamento de material. Além disso, o laser é relativamente grande em tamanho (lasers dedicados são construídos em plataformas ópticas).

Embora a energia do pulso dos lasers de pulso ultracurto seja muito menor do que a dos lasers de nanossegundos, o limite de ablação mais baixo (maior eficiência de processamento) desses lasers compensa a energia do pulso reduzida, portanto, o rendimento é maior. Além disso, os lasers de pulso ultracurto têm taxas de repetição de pulso mais altas para suportar processamento múltiplo rápido, tornando-os ideais para o processamento seletivo de camadas mais finas sobre substratos, normalmente cerâmica.

O laser ultrarrápido fornecido pelaJTBYShield Laser Technology Co., Ltd.é o sistema de amplificação de laser de femtosegundo com o menor custo de propriedade do mercado atualmente. Ele integra todos os componentes para gerar pulsos de femtosegundo de alta potência em uma caixa e usa um laser de femtosegundo de fibra dopada com érbio como a fonte de semente, além do design especial sem ajuste (NOTweak), formam o único, ultra-estável, sistema ultracompacto de amplificação de pulso chilreado de safira de titânio da série CPA.

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