Laseri postaju sastavni dio bezbroj uređaja i industrija. Kada laserski snop stupi u interakciju s površinom materijala nanorazmjere, emituje val svjetlosti poznat kao "plazmon", a svojstva datog plazmona mogu prenijeti informaciju. U optičkom prijenosu, laser pumpa svjetlost u komponentu koja se zove "saturable absorber" kako bi proizveo optički signal.
Laserska tehnologija također ima širok spektar primjena u industrijskoj obradi, kao što je precizno čišćenje komponenti, rezanje i zavarivanje velike snage, te mikromašinska obrada kao što su bušenje, urezivanje, fino brušenje, poliranje, rezanje, teksturiranje, skidanje i izolacija. U oblasti industrijske proizvodnje, inženjeri su davno pokušali da koriste lasere za mikromašinsku obradu. Međutim, zbog dugih širina impulsa i niskog intenziteta lasera koji uzrokuju topljenje materijala i nastavak isparavanja, iako se laserski snop može fokusirati na vrlo malu tačku, toplinski utjecaj na materijal je i dalje značajan, ograničavajući točnost. procesa. Jedini način da se poboljša kvalitet obrade je smanjenje termičkog utjecaja. Kada je potrebna tačnost od jednog mikrona, ultrakratki impulsni laseri su najbolji alat za precizno čišćenje, visoko precizno poliranje, obnavljanje površine i zavarivanje ili na drugi način modificiranje velikih količina materijala.
Ultra-kratki impulsni laseri su pulsni laseri čije su širine izlaznih laserskih impulsa u klasi pikosekunde (10-12 sekundi), ili manje od klase pikosekunde. Ovisno o širini impulsa izlaznog lasera, laseri ultrakratkih impulsa mogu se dalje kategorizirati u pikosekundne lasere, femtosekundne lasere i atosekundne lasere. Ultrakratki impulsni laseri povećavaju energiju visokih impulsa kako bi dramatično promijenili reakciju svjetlosnog objekta. Općenito, što je širina impulsa uža, to je veća tačnost obrade.
Kada se laser nanese na materijal sa vremenima impulsa reda veličine pikosekundi, rezultati obrade se dramatično mijenjaju. Kako energija impulsa dramatično raste, velika gustina snage dovoljna je da skine vanjski sloj elektrona. Zbog kratkog trajanja laserske interakcije sa materijalom, joni se uklanjaju sa površine materijala prije nego što se energija prenese na okolni materijal, bez termičkog djelovanja na okolni materijal, pa otuda i naziv "hladna obrada".
Kada se laser nanese na površinu materijala u femtosekundnim impulsima, laser može proizvesti prosječnu snagu do reda kilovata, sa širinom impulsa od nekoliko stotina femtosekundi (fs). Na frekvencijama ponavljanja reda veličine od 1 kHz do 100 MHz, energija impulsa može se protezati od milidžula (mJ) do nano-džula (nJ) reda veličine, a vršna snaga impulsa može biti visoka od GW do TW reda veličine magnitude.
Ova kombinacija visoke energije impulsa, visoke vršne impulsne snage i visoke frekvencije ponavljanja impulsa omogućava efikasnu obradu mehaničkih struktura koje su mnogo finije od kontinuiranih ili dugo pulsiranih lasera.
Energija obrade ultrakratkih impulsa se ubrizgava izuzetno brzo u malo područje djelovanja, a trenutno taloženje velike gustine energije uzrokuje promjenu načina na koji se elektroni apsorbiraju i kreću, izbjegavajući efekte linearne laserske apsorpcije, prijenosa energije i difuzije, te se fundamentalno mijenja mehanizam interakcije laser-materija. Kao i kod generalizovane laserske obrade, koja je beskontaktna, upotreba ultrakratkih impulsnih lasera nudi jedinstvene prednosti u mikroobradi, uključujući poboljšanu točnost dimenzija i uže tolerancije, smanjena oštećenja i uklanjanje naknadnih koraka obrade.
Ova crna tehnologija ima značajnu primjenu za ultrakratke impulsne lasere u širokom spektru polja kao što su osnovna istraživanja, industrijska obrada i optičke komunikacije, a trenutno je intenzivno istražuju velike zemlje kao način realizacije tehnološkog napretka.
Napredak istraživanja i razvoja u različitim oblastima
01. Komunikacije
Nedavno je Yu Yao, vanredni profesor elektrotehnike na Državnom univerzitetu u Arizoni, i njen istraživački tim na Centru za fotoniku u Arizoni, dizajnirali brži, energetski efikasniji laserski element nanorazmjere nazvan hibridni metastrukturirani apsorber grafena i plazme ili GPSMA. skraćeno. GPSMA-i imaju potencijalnu primjenu u industrijama kao što su komunikacije, obrada informacija, spektroskopija i biomedicina. Apsorber se može koristiti za poboljšanje brzine, efikasnosti i ukupnih performansi za unapređenje prenosa podataka, obrade informacija, biomedicinskih senzora i tehnologija snimanja.
Zbog svojih korisnih svojstava u optičkoj modulaciji i zasićenoj apsorpciji, Yu Yaoov tim je u svoj razvojni proces ugradio sintetički napravljen hibrid metal-grafena.
Dizajniranjem optičkog antenskog niza koji fokusira svjetlost u nano razmake materijala, poznate kao vruće tačke, kako bi promovirao apsorpciju, i fokusiranjem laserske svjetlosti na ove vruće tačke, uočili su poboljšane performanse i smanjenu potrošnju energije. Njihova nova tehnika će otvoriti nove mogućnosti za infracrvenu lasersku spektroskopiju i komunikaciju velikih brzina optičkih signala (optičkih kablova i satelitskih komunikacija).
02. Vojska
Lasersko oružje zvuči kao vrlo naučno-fantastična aplikacija. Danas se u Sjedinjenim Državama pojavio ultra-kratki pulsni laser, a mnogi ljudi stalno obraćaju pažnju na ovo oružje, koje proizvodi impulse svjetlosti koji su sve kraći od jedne nanosekunde, i to je zaista očekivano kada pogledate na njega kroz ovaj način proračuna koji je poznat kao lasersko oružje ultra kratkog pulsiranja. Izvještava se da su impulsi svjetlosti proizvedeni ovim oružjem manji od nanosekunde, kroz ovaj način proračuna pogledajte dolje, naziva se ultra-kratko pulsno svjetlosno lasersko oružje, također stvarno u neočekivanom rasponu. Povećanje snage od 1 milion puta, tako povoljna prezentacija stvara više mogućnosti, u kasnijem procesu razvoja i korišćenja, performanse će biti sve očiglednije.
03. Istraživanje i razvoj
Istraživački tim Laboratorije za lasersku tehnologiju visoke snage, Šangajskog instituta za optiku i precizne mašine, Kineska akademija nauka, predložio je tehniku modulacije nelinearnog optičkog pojačanja koja može konvertovati jednofrekventni kontinuirani laser u visoko koherentne femtosekundne impulse. Metoda je potpuno novo tehničko sredstvo za dobijanje ultrabrzih impulsa fleksibilnih talasnih dužina.
Xi'an Institut za optičke mašine, sisteme i aplikacije za fotoničku proizvodnju, Istraživački centar nastavlja istraživanje u oblasti tehnologije pojačanja ultrakratkih laserskih impulsa velike snage i velike energije, istraživački tim je koristio specijalnu kaskadu staklenih vlakana hibridnu tehnologiju pojačanja monokristalnih vlakana, kako bi postigao 100 Kiloherc refrekventno ultrakratko impulsno pojačanje izlazne energije od skoro milidžula, maksimalna pojačana izlazna snaga od 92,9 vati, što odgovara energiji jednog impulsa do 929 mikrodžula, kroz širokopojasnu rešetku širokopojasne širokopojasne disperzije zasnovane na temperaturnom gradijentu i visoku diff efikasnost rešetke kompresoru precizno usklađivanje disperzije, središnja talasna dužina od 1030 nm, širina spektra od samo 2,4 nm, ultrakratka pulsna kompresija do 335 femtosekundi (Lorentz fiting Fourierova transformacija granična širina impulsa od 325 femtosekundi), komprimirana izlazna energija do 80 impulsa mikrodžula, što odgovara vršnoj snazi većoj od 2,38 gigavata. Energija izlaznog impulsa je 800 mikroJula, što odgovara vršnoj snazi većoj od 2,38 GW, što je najveća vršna snaga ultrakratkog impulsnog izlaza dobijenog na bazi monokristalnog vlakna na frekvenciji ponavljanja od 100 kiloherca, a kvalitet izlazni laserski snop je testiran, a faktor kvaliteta zraka (M²) je bolji od 1,3.
Ovaj istraživački rad podržan je od strane Nacionalne fondacije za prirodne nauke Kine u okviru glavne teme projekta, Programa zapadnih mladih naučnika Kineske akademije nauka (CAS), Specijalnog projekta integracije dva lanca provincije Shaanxi, specijalnog projekta Hongguang od Kineska akademija nauka (CAS) i Nova zvijezda nauke i tehnologije provincije Shaanxi. Rezultati istraživanja mogu pružiti nova i efikasna tehnološka sredstva izvora svjetlosti za naučna i tehnološka istraživanja, ultrabrzu lasersku obradu i druga polja. Prevedeno sa www.DeepL.com/Translator (besplatna verzija)
