Az emberi tudomány és technika történetében a lézertechnika születése a fény és az anyag kölcsönhatásának forradalmának nevezhető. A stimulált sugárzás elméletét 1917-ben javasolt Einsteintől az első rubinlézer kifejlesztéséig Maimanig 1960-ban, ez a technológia mindössze fél évszázad alatt behatolt különböző területekre, mint például az ipar, az orvosi ellátás, a kommunikáció és a katonaság, és a modern társadalom fejlődésének fő hajtóerejévé vált. Az optoelektronika területén ikonikus technológiaként a lézerek nemcsak újradefiniálják a „fény” alkalmazási határait, hanem korlátlan potenciált mutatnak az élvonalbeli területeken, például az intelligens gyártásban, az élettudományokban és az űrkutatásban.
01. RÉSZ
A lézer természete
A lézer lényege a stimulált sugárzás fényerősítése (LASER). Einstein kvantumelmélete alapján az aktivált közeg (például gáz, kristály), a szivattyúforrás (energiainjektálás) és az optikai rezonanciaüreg szinergikus hatása révén a részecskeszám megfordul és felerősödik. A rögzített fotonok rendkívül koherens (fázis-, frekvencia- és iránykonzisztens), rendkívül monokromatikus (szűk spektrum), kiváló irányíthatóságú (kis eltérési szög) és rendkívül fényes sugarat alkotnak, amely magfényforrás-támogatást nyújt a modern technológia számára, mint például a kommunikáció, a gyártás, az orvosi és egyéb területek. A lézer természetéből adódóan ez az egyetlen olyan fényforrás, amely egyszerre képes megfelelni a nagy pontosság, a nagy energia és a nagyfokú irányíthatóság követelményeinek. Fizikai alapot biztosít az optikai szálas kommunikációhoz (optikai hordozó), a precíziós gyártáshoz (könnyű kés), az orvosi sebészethez (nem-invazív kezelés), a kvantumtechnológiához (egy fotonforrás) és a gravitációs hullámok detektálásához (interferométer) stb., teljesen megváltoztatva a modern technológiát és az ipari szerkezetet.
02. RÉSZ
A lézer alkalmazása kommunikációs területen
A lézertechnológia fő előnye a „négy magas” tulajdonságban rejlik: nagy irányíthatóság (a sugár divergencia szöge csak milliradián), nagy monokromatikusság (a hullámhossz tisztasága eléri a 10^-6 nanométert), nagy fényerő (a napfény fényességének több tízmilliárdszorosa) és magas koherencia (a térbeli és időbeli koherencia tökéletes egysége). Ezek a jellemzők három fő műszaki ág kialakulásához vezettek az optoelektronika területén.
Az első az információs optoelektronika, az adatfolyam „fénysebesség-csatornája”, a második a bio-optoelektronika: az élettudományok „fényantennája”, a harmadik pedig az energetikai optoelektronika: a „fénypenge” a precíz vezérléshez. Az alábbiakban elsősorban ezt a precízen{2}}készített "könnyű kést" mutatjuk be.
A lézer energiahordozóként mikron{0}}szintű precíziós anyagfeldolgozást képes elérni. Az ipari gyártásban felforgatja a hagyományos mechanikus feldolgozási modellt olyan előnyeivel, mint az érintésmentes feldolgozás és a kis hőhatású zóna. És jobban alkalmazkodik a precíziós gyártáshoz szükséges új anyagok magasabb követelményeihez.
03. RÉSZ
A lézeres feldolgozás előnyei
A lézeres "fénykés" a modern ipar gyártási paradigmáját alakítja át a nagy pontosság, a nagy hatékonyság és a nagyfokú alkalmazkodóképesség előnyeivel:
Szuper-kemény anyagok feldolgozása során a lézer közvetlenül megolvasztja vagy elpárologtatja az anyagot egy nagy-energiájú-sűrűségű nyaláb fókuszálásával (a folt átmérője akár 10 μm is lehet), elérve az érintésmentes feldolgozást, és elkerülve a mechanikai feszültség okozta repedéseket vagy deformációkat. Új anyagok feldolgozásánál a rideg anyagokkal való szembenézéskor a hagyományos mechanikai feldolgozás könnyen mikrorepedéseket okozhat. A lézervágással a lézerteljesítmény-sűrűség (104-10 fok W/cm²) és a pásztázási sebesség (20-80 mm/s) szabályozásával szabályozható a lézerteljesítmény-sűrűség, forgácsmentes vágást érve el ±2 μm-es rekeszpontossággal.
Félvezető anyagok (például szilícium lapkák) lézeres feldolgozásához femtoszekundumos lézert használnak, hogy módosított réteget képezzenek az ostyán belül, és a ragasztó kémiai maratás lehetővé teszi a forgács{0}}mentes vágást, akár 5 μm-es bevágási veszteséggel, ami támogatja az integrált áramkörök miniatürizálásának fejlesztését.
