A lézerek számtalan eszköz és iparág szerves részévé válnak. Amikor egy lézersugár kölcsönhatásba lép egy nanoméretű anyag felületével, akkor „plazmonként” ismert fényhullámot bocsát ki, és az adott plazmon tulajdonságai információt közvetíthetnek. Az optikai átvitel során a lézer fényt pumpál a "telíthető abszorbernek" nevezett komponensbe, hogy optikai jelet állítson elő.
A lézertechnológia széles körben alkalmazható az ipari feldolgozásban is, mint például az alkatrészek precíziós tisztítása, nagy teljesítményű vágás és hegesztés, valamint mikromegmunkálás, például fúrás, karcolás, finomcsiszolás, polírozás, vágás, textúrázás, csupaszítás és izolálás. Az ipari gyártás területén a mérnökök már régen próbálták a lézereket mikromegmunkálásra alkalmazni. A lézerek hosszú impulzusszélessége és alacsony lézerintenzitása miatt azonban az anyag megolvad és tovább párolog, bár a lézersugár nagyon kis pontra fókuszálható, az anyagra gyakorolt hőhatás továbbra is jelentős, ami korlátozza a pontosságot. a folyamatról. A megmunkálási minőség javításának egyetlen módja a hőhatás csökkentése. Ha egy mikronos pontosságra van szükség, az ultrarövid impulzuslézerek a legjobb eszköz a precíziós tisztításhoz, nagy pontosságú polírozáshoz, felület-újrafestéshez és hegesztéshez, vagy nagy mennyiségű anyag más módon történő módosításához.
Az ultrarövid impulzuslézerek olyan impulzuslézerek, amelyek kimeneti lézerimpulzus-szélessége a pikoszekundumos (10-12 másodperc) osztályba tartozik, vagy kisebb, mint a pikoszekundumos osztály. A kimeneti lézer impulzusszélességétől függően az ultrarövid impulzusú lézerek tovább kategorizálhatók pikoszekundumos lézerekre, femtoszekundumos lézerekre és attoszekundumos lézerekre. Az ultrarövid impulzusú lézerek növelik a nagy impulzusok energiáját, hogy drámai módon megváltoztassák a fény-objektum reakciót. Általában minél szűkebb az impulzusszélesség, annál nagyobb a feldolgozási pontosság.
Ha a lézert pikoszekundum nagyságrendű impulzusidőkkel alkalmazzák az anyagra, a feldolgozási eredmények drámaian megváltoznak. Ahogy az impulzusenergia drámaian megemelkedik, a nagy teljesítménysűrűség elegendő a külső elektronréteg eltávolításához. Az anyaggal való lézerkölcsönhatás rövid időtartama miatt az ionok az anyag felületéről leszívódnak, mielőtt az energia a környező anyagra kerülne, és nincs hőhatás a környező anyagra, innen ered a "hidegfeldolgozás" kifejezés.
Ha egy lézert femtoszekundumos impulzusokban alkalmaznak az anyag felületére, a lézer akár kilowatt nagyságrendű átlagos teljesítményt is képes leadni, néhány száz femtoszekundum (fs) nagyságrendű impulzusszélesség mellett. Az 1 kHz és 100 MHz közötti ismétlési frekvenciákon az impulzusenergia a millijoule (mJ) és nanojoule (nJ) nagyságrendjét ívelheti át, és az impulzus csúcsteljesítménye elérheti a GW és TW közötti nagyságrendet. nagyságrendű.
A nagy impulzusenergia, a nagy impulzuscsúcsteljesítmény és a nagy impulzusismétlési frekvencia kombinációja lehetővé teszi olyan mechanikai szerkezetek hatékony feldolgozását, amelyek sokkal finomabbak, mint a folyamatos vagy hosszú impulzusú lézerek.
Az ultrarövid impulzus feldolgozási energiát rendkívül gyorsan injektálják egy kis hatásterületre, és a pillanatnyi nagy energiasűrűségű lerakódás megváltoztatja az elektronok elnyelődését és mozgását, elkerülve a lineáris lézerabszorpció, energiaátvitel és diffúzió hatásait, és alapvetően megváltozik. a lézer-anyag kölcsönhatás mechanizmusa. Az általánosított lézeres feldolgozáshoz hasonlóan, amely érintésmentes, az ultrarövid impulzusú lézerek használata egyedülálló előnyöket kínál a mikromegmunkálásban, beleértve a nagyobb méretpontosságot és a szűkebb tűréseket, a kisebb sérüléseket és a későbbi feldolgozási lépések eltávolítását.
Ennek a fekete technológiának jelentős alkalmazásai vannak az ultrarövid impulzusú lézerek terén számos területen, például az alapkutatásban, az ipari feldolgozásban és az optikai kommunikációban, és jelenleg a nagy országok intenzíven kutatják a technológiai fejlesztések megvalósítása érdekében.
K+F haladás különböző területeken
01. Kommunikáció
Nemrég Yu Yao, az Arizonai Állami Egyetem villamosmérnöki docense és kutatócsoportja az Arizonai Állami Egyetem Fotonikai Innovációs Központjában egy gyorsabb, energiahatékonyabb nanoméretű lézerelemet tervezett grafén-plazma hibrid metastrukturált telíthető abszorbernek vagy GPSMA-nak. röviden.A GPSMA-k olyan iparágakban lehetnek potenciális alkalmazások, mint a kommunikáció, az információfeldolgozás, a spektroszkópia és a biomedicina. Az abszorber felhasználható a sebesség, a hatékonyság és az általános teljesítmény javítására az adatátvitel, az információfeldolgozás, az orvosbiológiai érzékelési és képalkotó technológiák fejlesztése érdekében.
Az optikai modulációban és a telíthető abszorpcióban rejlő előnyös tulajdonságai miatt Yu Yao csapata szintetikusan megtervezett fém-grafén hibridet épített be fejlesztési folyamatába.
Egy optikai antennatömb megtervezésével, amely a fényt az anyag nanoméretű réseibe, úgynevezett hot spotokba fókuszálja, hogy elősegítse az abszorpciót, és a lézerfényt ezekre a forró pontokra fókuszálva jobb teljesítményt és alacsonyabb energiafogyasztást figyeltek meg. Új technikájuk új lehetőségeket nyit meg az infravörös lézerspektroszkópia és a nagy sebességű optikai jelkommunikáció (száloptikai kábelek és műholdas kommunikáció) számára.
02. Katonai
A lézerfegyver nagyon sci-fi alkalmazásnak hangzik. Ma az Egyesült Államokban megjelent az ultrarövid impulzusú lézer, és sokan folyamatosan figyelnek erre a fegyverre, amely egy nanoszekundumnál rövidebb fényimpulzusokat hoz létre, és ez valóban várható, ha megnézzük. ezen a számítási módon keresztül ultrarövid impulzusfényű lézerfegyverként ismert. A jelentések szerint az ezzel a fegyverrel előállított fényimpulzusok egy nanoszekundumnál kisebbek, ezen a számítási módon keresztül nézzen lefelé, ultrarövid impulzusú fénylézerfegyvernek nevezik, szintén valóban váratlan tartományban. Az 1 milliószoros teljesítménynövelés, egy ilyen előnyös bemutatás több lehetőséget teremt, a későbbi fejlesztési és hasznosítási folyamatban a teljesítmény egyre szembetűnőbb lesz.
03. Kutatás és fejlesztés
A Kínai Tudományos Akadémia Sanghaji Optikai és Precíziós Gépészeti Intézetének High Power Fiber Laser Technology Laboratóriumának kutatócsoportja egy nemlineáris optikai erősítés-modulációs technikát javasolt, amely képes egy egyfrekvenciás folyamatos lézert nagyon koherens femtoszekundumos impulzusokká alakítani. A módszer egy vadonatúj technikai eszköz a hullámhossz-rugalmas ultragyors impulzusok előállítására.
A Xi'an Institute of Optical Machinery Fotonikus Gyártási Rendszerek és Alkalmazások Kutatóközpontja folytatja a nagy teljesítményű és nagy energiájú ultrarövid lézerimpulzus-erősítési technológiai kutatásokat, a kutatócsoport speciális üvegszálas kaszkád egykristályszálas hibrid erősítési technológiát alkalmazott, hogy elérje a 100. kilohertzes újrafrekvenciás ultrarövid impulzus-erősítés közel millijoule kimenő energiával, a maximális erősített kimenő teljesítmény 92,9 watt, ami egyetlen impulzus energiájának felel meg akár 929 mikrojoule-ig, a Hőmérséklet gradiens alapú szélessávú nagy diszperziós csipogó szálrács és nagy diffrakció hatásfok rács a kompresszorhoz precíziós diszperzió illesztés, a középső hullámhossz 1030 nm, a spektrum szélessége mindössze 2,4 nm az ultrarövid impulzus tömörítés 335 femtoszekundumra (Lorentz illesztésű Fourier transzformációs határimpulzus szélessége 325 femtoszekundum), a tömörített kimeneti energia 8 impulzus0 impulzus 0 microJoule, ami a több mint 2,38 gigawatt csúcsteljesítménynek felel meg. A kimenő impulzusenergia 800 mikrojoule, ami több mint 2,38 GW csúcsteljesítménynek felel meg, ami az ultrarövid impulzuskimenet legnagyobb csúcsteljesítménye, amelyet egykristályos szál 100 kilohertzes ismétlési frekvenciáján és minősége alapján kapunk. A kimeneti lézersugarat tesztelték, és a sugárminőségi tényező (M²) jobb, mint 1,3.
Ezt a kutatási munkát a Kínai Nemzeti Természettudományi Alapítvány támogatta a fő projekt témája, a Kínai Tudományos Akadémia (CAS) Nyugati Fiatal Tudósok Programja, a Shaanxi tartomány kétláncú integrációs speciális projektje és a Hongguang speciális projekt keretében. a Kínai Tudományos Akadémia (CAS), valamint a Shaanxi tartomány tudomány és technológia új csillaga. A kutatási eredmények új és hatékony fényforrás-technológiai eszközöket jelenthetnek a tudományos és technológiai kutatásokhoz, az ultragyors lézeres feldolgozáshoz és más területekhez. Lefordítva: www.DeepL.com/Translator (ingyenes verzió)
