Lazeriai tampa neatsiejama daugybės prietaisų ir pramonės šakų dalimi. Kai lazerio spindulys sąveikauja su nanomastelinės medžiagos paviršiumi, jis skleidžia šviesos bangą, vadinamą „plazmonu“, o tam tikros plazmono savybės gali perduoti informaciją. Optinio perdavimo metu lazeris pumpuoja šviesą į komponentą, vadinamą „sotintu absorberiu“, kad gautų optinį signalą.
Lazerio technologija taip pat plačiai naudojama pramoniniame apdirbime, pavyzdžiui, tikslus komponentų valymas, didelio galingumo pjovimas ir suvirinimas bei mikroapdirbimas, pvz., gręžimas, įbrėžimas, smulkus šlifavimas, poliravimas, pjovimas, tekstūravimas, pašalinimas ir izoliavimas. Pramoninės gamybos srityje inžinieriai jau seniai bandė panaudoti lazerius mikroapdirbimui. Tačiau dėl didelio lazerių impulsų pločio ir mažo lazerio intensyvumo, dėl kurių medžiaga tirpsta ir toliau išgaruoja, nors lazerio spindulį galima sufokusuoti į labai mažą tašką, šiluminis poveikis medžiagai vis tiek yra reikšmingas, o tai riboja tikslumą. proceso. Vienintelis būdas pagerinti apdirbimo kokybę yra sumažinti šiluminį poveikį. Kai reikalingas vieno mikrono tikslumas, ultratrumpų impulsų lazeriai yra geriausia priemonė preciziškam valymui, didelio tikslumo poliravimui, paviršiaus atnaujinimui ir suvirinimui ar kitaip modifikuojant didelius medžiagos kiekius.
Itin trumpi impulsiniai lazeriai yra impulsiniai lazeriai, kurių išėjimo lazerio impulsų plotis yra pikosekundės (10-12 sekundės) klasės arba mažesnis už pikosekundžių klasę. Priklausomai nuo išėjimo lazerio impulso pločio, ultratrumpų impulsų lazeriai gali būti toliau skirstomi į pikosekundinius lazerius, femtosekundinius lazerius ir atosekundinius lazerius. Ultratrumpų impulsų lazeriai padidina didelių impulsų energiją, kad smarkiai pakeistų šviesos objekto reakciją. Apskritai, kuo siauresnis impulso plotis, tuo didesnis apdorojimo tikslumas.
Kai lazeris taikomas medžiagai, kai impulsų laikas yra pikosekundžių tvarka, apdorojimo rezultatai labai pasikeičia. Impulso energijai smarkiai didėjant, didelio galios tankio pakanka, kad pašalintų išorinį elektronų sluoksnį. Dėl trumpos lazerio sąveikos su medžiaga trukmės, jonai pašalinami iš medžiagos paviršiaus prieš perduodant energiją aplinkinei medžiagai, o tai neturi jokio terminio poveikio aplinkinei medžiagai, todėl terminas „šaltasis apdorojimas“.
Kai lazeris yra taikomas medžiagos paviršiui femtosekundžių impulsais, lazeris gali išvesti vidutinę galią iki kilovatų eilės, o impulsų plotis yra maždaug keli šimtai femtosekundžių (fs). Kai pasikartojimo dažnis yra nuo 1 kHz iki 100 MHz, impulso energija gali apimti milidžaulio (mJ) iki nanodžaulio (nJ) dydžio, o didžiausia impulso galia gali būti tokia pat didelė kaip nuo GW iki TW. dydžio.
Šis didelės impulsų energijos, didelės didžiausios impulsų galios ir didelio impulsų pasikartojimo dažnio derinys leidžia efektyviai apdoroti mechanines struktūras, kurios yra daug smulkesnės nei nuolatiniai arba ilgi impulsiniai lazeriai.
Ultratrumpų impulsų apdorojimo energija itin greitai įpurškiama į nedidelę veikimo sritį, o momentinis didelio energijos tankio nusodinimas keičia elektronų absorbcijos ir judėjimo būdus, išvengiant linijinės lazerio absorbcijos, energijos perdavimo ir difuzijos poveikio bei iš esmės keičiantis. lazerio ir medžiagos sąveikos mechanizmas. Kaip ir apibendrintas lazerinis apdorojimas, kuris yra bekontaktis, ultratrumpų impulsinių lazerių naudojimas suteikia unikalių mikroapdirbimo pranašumų, įskaitant didesnį matmenų tikslumą ir griežtesnes leistinas nuokrypas, sumažintą žalą ir tolesnių apdorojimo etapų pašalinimą.
Ši juodoji technologija turi daug pritaikymų ultratrumpiems impulsiniams lazeriams įvairiose srityse, tokiose kaip pagrindiniai tyrimai, pramoninis apdorojimas ir optiniai ryšiai, ir šiuo metu ją intensyviai tiria pagrindinės šalys, siekdamos įgyvendinti technologinę pažangą.
Mokslinių tyrimų ir plėtros pažanga įvairiose srityse
01. Ryšiai
Neseniai Yu Yao, Arizonos valstijos universiteto Elektros inžinerijos docentė, ir jos tyrimų grupė Arizonos valstijos universiteto Fotonikos inovacijų centre sukūrė greitesnį, efektyvesnį nanoskalės lazerio elementą, vadinamą grafeno ir plazmos hibridiniu metastruktūriniu prisotintu absorberiu arba GPSMA. trumpiau.GPSMA gali būti pritaikytos tokiose pramonės šakose kaip ryšiai, informacijos apdorojimas, spektroskopija ir biomedicina. Absorberis gali būti naudojamas siekiant pagerinti greitį, efektyvumą ir bendrą našumą, siekiant pagerinti duomenų perdavimą, informacijos apdorojimą, biomedicinos jutimo ir vaizdo gavimo technologijas.
Dėl naudingų optinio moduliavimo ir prisotintų absorbcijos savybių Yu Yao komanda į savo kūrimo procesą įtraukė sintetiniu būdu sukurtą metalo ir grafeno hibridą.
Sukūrę optinės antenos matricą, kuri fokusuoja šviesą į medžiagos nanoskalės tarpus, vadinamus karštaisiais taškais, kad paskatintų sugertį, ir fokusuodami lazerio šviesą į šias karštąsias vietas, jie pastebėjo, kad pagerėjo našumas ir sumažėjo energijos sąnaudos. Jų nauja technika atvers naujas infraraudonųjų spindulių lazerinės spektroskopijos ir didelės spartos optinio signalo ryšio (optinio pluošto kabelių ir palydovinio ryšio) galimybes.
02. Karinis
Lazerinis ginklas skamba kaip labai sci-fi programa. Šiandien Jungtinėse Valstijose atsirado itin trumpų impulsų lazeris, ir daugelis žmonių nuolat kreipia dėmesį į šį ginklą, kuris skleidžia trumpesnius nei vienos nanosekundės šviesos impulsus, ir to tikrai tikimasi pažvelgus. taikant šį skaičiavimo būdą, jis žinomas kaip itin trumpo impulso šviesos lazerinis ginklas. Pranešama, kad šio ginklo sukuriami šviesos impulsai yra mažesni nei nanosekundė, taikant šį skaičiavimo būdą žiūri žemyn, jis vadinamas itin trumpo impulso šviesos lazeriniu ginklu, taip pat tikrai netikėto diapazono. 1 milijoną kartų padidinus galią, toks naudingas pristatymas sukuria daugiau galimybių, o tolesniame kūrimo ir naudojimo procese našumas bus vis akivaizdesnis.
03. Tyrimai ir plėtra
Kinijos mokslų akademijos Šanchajaus Optikos ir tiksliųjų mašinų instituto Didelės galios pluošto lazerinių technologijų laboratorijos tyrimų grupė pasiūlė netiesinį optinio stiprinimo moduliavimo metodą, kuris gali konvertuoti vieno dažnio nuolatinį lazerį į labai koherentiškus femtosekundinius impulsus. Metodas yra visiškai nauja techninė priemonė, leidžianti gauti bangos ilgio lanksčius itin greitus impulsus.
Siano optinių mašinų instituto fotoninių gamybos sistemų ir taikomųjų programų tyrimų centras toliau tiria didelės galios ir didelės energijos ultratrumpų lazerinių impulsų stiprinimo technologijų tyrimus, tyrėjų komanda naudojo specialią stiklo pluošto kaskados vieno kristalo pluošto hibridinio stiprinimo technologiją, kad pasiektų 100 kilohercų pakartotinio dažnio ultratrumpų impulsų stiprinimas beveik milidžaulių energijos išėjimo galia, maksimali sustiprinta išėjimo galia 92,9 vatai, atitinkanti vieno impulso energiją iki 929 mikrodžaulių, per temperatūros gradientą pagrįstą plačiajuostį plačiajuostį ryšį su čirpiamu pluoštu ir didele difrakcija efektyvumo tinklelis iki kompresoriaus tikslios dispersijos suderinimo, centrinis bangos ilgis 1030 nm, spektrinis plotis tik 2,4 nm ultratrumpų impulsų suspaudimo iki 335 femtosekundžių (Lorenco pritaikymas Furjė transformacijos ribinis impulso plotis 325 femtosekundės), suspausta iki 0 impulsų 0 energijos mikrodžaulių, atitinkančių didžiausią daugiau nei 2,38 gigavato galią. Išėjimo impulso energija yra 800 mikrodžaulių, o tai atitinka didesnę nei 2,38 GW didžiausią galią, o tai yra didžiausia ultratrumpų impulsų išėjimo galia, gauta naudojant vieno kristalo pluoštą, kurio pasikartojimo dažnis 100 kilohercų, ir išėjimo lazerio spindulys yra išbandytas, o pluošto kokybės koeficientas (M²) yra geresnis nei 1,3.
Šį mokslinį darbą rėmė Kinijos nacionalinis gamtos mokslų fondas pagal pagrindinę projekto temą – Kinijos mokslų akademijos (CAS) Vakarų jaunųjų mokslininkų programą, Šaansi provincijos specialųjį dviejų grandžių integracijos projektą, specialųjį Hongguango projektą. Kinijos mokslų akademija (CAS) ir Shaanxi provincijos naujoji mokslo ir technologijų žvaigždė. Tyrimo rezultatai gali suteikti naujų ir efektyvių šviesos šaltinių technologijos priemonių moksliniams ir technologiniams tyrimams, itin greitam lazeriniam apdorojimui ir kitoms sritims. Išversta naudojant www.DeepL.com/Translator (nemokama versija)
