Diffiniad
Mae laser tra-gyflym yn fath o laser pwls uwch-ddwys â lled curiad y galon yn llai na neu o fewn y lefel pico2nd (10-12s), a ddiffinnir yn seiliedig ar donffurf allbwn ynni. Mae'r diffiniad hwn yn gysylltiedig â "ffenomenau uwchgyflym". Mae ffenomen gwibgyswllt yn cyfeirio at ffenomen sy'n digwydd mewn proses ffisegol, cemegol neu fiolegol sy'n newid yn gyflym yn y system microsgopig o fater. Yn y system atomig a moleciwlaidd, mae graddfa amser mudiant atomau a moleciwlau ar drefn picoseconds i femtoseconds. Er enghraifft, mae'r cyfnod cylchdro moleciwlaidd ar drefn picoseconds, ac mae'r cyfnod dirgryniad ar drefn femtoseconds. Pan fydd lled pwls laser yn cyrraedd lefel pico2nd neu femtosecond, gall osgoi'r dylanwad ar symudiad thermol cyffredinol moleciwlau i raddau helaeth (symudiad thermol moleciwlau yw hanfod microsgopig tymheredd mater), a chynhyrchir y deunydd ar raddfa amser dirgryniad moleciwlaidd. Dylanwad, er mwyn cyflawni pwrpas prosesu, mae'r effaith thermol yn cael ei leihau'n fawr.
Mathau
Mae yna lawer o ddulliau dosbarthu ar gyfer laserau, ac ymhlith y rhain mae 4 dull dosbarthu a ddefnyddir amlaf, gan gynnwys dosbarthu yn ôl sylwedd gweithiol, dosbarthiad yn ôl tonffurf allbwn ynni (modd gweithio), dosbarthiad yn ôl tonfedd allbwn (lliw), a dosbarthiad yn ôl pŵer.
Yn eu plith, yn ôl tonffurf allbwn ynni, gellir rhannu laserau yn laserau parhaus, laserau pwls, a laserau lled-barhaus:
Laser Parhaus
Mae'n laser sy'n allbynnu tonffurfiau ynni sefydlog yn barhaus yn ystod oriau gwaith. Fe'i nodweddir gan bŵer uchel a gall brosesu deunyddiau â chyfaint mawr a phwynt toddi uchel, megis platiau metel.
Laser pwls
Mae'n allbynnu egni ar ffurf corbys. Yn ôl lled pwls, gellir ei rannu ymhellach yn laserau milli2nd, laserau micro2nd, dyfeisiau cau nano2nd, laserau pico2nd, laserau femto2nd, a laserau atto2nd; er enghraifft, os yw laser pwls Mae lled pwls y laser allbwn rhwng 1-1000ns, yr ydym yn galw laserau nano2nd, ac ati. Rydym yn galw laserau pico2nd, laserau femto2nd, laserau atto2nd, a laserau tra chyflym. Mae pŵer y laser pwls yn llawer is na phwer y laser parhaus, ond mae'r cywirdeb prosesu yn uwch na'r laser di-dor, ac yn gyffredinol, y culach yw lled pwls, yr uchaf yw'r cywirdeb prosesu.
Laser lled-CW
Gall allbwn laser ynni cymharol uchel dro ar ôl tro o fewn cyfnod penodol, ac mae hefyd yn laser pwls mewn theori.
Gall tonffurfiau allbwn ynni'r 3 laser uchod hefyd gael eu disgrifio gan y "cylch dyletswydd" paramedr. Ar gyfer laser, gellir dehongli'r cylch dyletswydd fel cymhareb amser allbwn ynni laser o'i gymharu â chyfanswm yr amser o fewn cylch pwls.
Cylchred dyletswydd laser CW (=1) > cylch dyletswydd laser lled-CW > cylch dyletswydd laser pwls. Yn gyffredinol, y culaf yw lled pwls y laser pwls, yr isaf yw'r cylch dyletswydd.
Ym maes prosesu deunyddiau, roedd laserau pwls yn gynnyrch trosiannol o laserau parhaus i ddechrau. Mae hyn oherwydd na all pŵer allbwn laserau parhaus fod yn uchel iawn oherwydd dylanwad ffactorau megis gallu dwyn cydrannau craidd a lefel y dechnoleg yn y cyfnod cynnar, ac ni ellir gwresogi'r deunydd i'r pwynt toddi. Mae'r uchod yn cyflawni pwrpas prosesu. Os defnyddir rhai dulliau technegol i ganolbwyntio egni allbwn y laser ar un pwls, er nad yw cyfanswm pŵer y laser yn newid, mae'r pŵer ar unwaith ar adeg y pwls yn cynyddu'n fawr, sy'n bodloni gofynion prosesu deunydd. Yn ddiweddarach, aeddfedodd technoleg laser parhaus yn raddol, a chanfuwyd bod gan laser pwls fantais fawr o ran cywirdeb prosesu. Mae hyn oherwydd bod effaith thermol laser pwls ar ddeunyddiau yn llai, a'r culach yw lled pwls y laser, y lleiaf yw'r effaith thermol, a'r llyfnach yw ymyl y deunydd wedi'i brosesu, mae'r cywirdeb peiriannu cyfatebol yn uwch.
cydrannau
2 o ofynion craidd laserau tra chyflym: pwls ultrashort sefydlogrwydd uchel ac egni pwls uchel. Yn gyffredinol, gellir cael corbys ultrashort trwy ddefnyddio technoleg cloi modd, a gellir cael ynni pwls uchel trwy ddefnyddio technoleg mwyhau CPA. Mae'r cydrannau craidd dan sylw yn cynnwys osgiliaduron, estynwyr, mwyhaduron, a chywasgwyr. Yn eu plith, y dechnoleg oscillator a mwyhadur yw'r rhai anoddaf, a nhw hefyd yw technoleg graidd cwmni gweithgynhyrchu laser tra chyflym.
Oscillator
Yn yr oscillator, ceir curiadau laser tra-chyflym gan ddefnyddio techneg cloi modd.
Stretcher
Mae'r stretsier yn ymestyn y corbys hadau femto2nd ar wahân mewn amser gan donfeddi gwahanol.
Mwyhadur
Defnyddir mwyhadur â chirped i fywiogi'r pwls estynedig hwn yn llawn.
Cywasgydd
Mae'r cywasgydd yn dwyn ynghyd y sbectra chwyddedig o wahanol gydrannau ac yn eu hadfer i'r lled femto2nd, gan ffurfio corbys laser femto2nd gyda phŵer ar unwaith uchel iawn.
ceisiadau
O'i gymharu â laserau nano2nd a milli2nd, er bod pŵer cyffredinol laserau cyflym iawn yn is, oherwydd ei fod yn gweithredu'n uniongyrchol ar raddfa amser dirgryniadau moleciwlaidd materol, mae'n sylweddoli "prosesu oer" yn y gwir ystyr, felly mae'r cywirdeb prosesu wedi'i wella'n fawr.
Oherwydd nodweddion gwahanol, mae gan laserau di-dor pŵer uchel, laserau pwls di-gyflym a laserau gwibgyswllt wahaniaethau mawr ym meysydd cymhwyso i lawr yr afon:
Defnyddir laserau di-dor pŵer uchel (a laserau lled-barhaus) ar gyfer torri, sintro, weldio, cladin wyneb, drilio, 3D argraffu deunyddiau metel.
Defnyddir laserau pwls an-uwchgyflym ar gyfer marcio deunyddiau anfetelaidd, prosesu deunyddiau silicon, ysgythriad manwl o arwynebau metel, glanhau arwynebau metel, weldio manwl o fetelau, microbeiriannu metelau.
Defnyddir laserau tra chyflym ar gyfer torri a weldio deunyddiau tryloyw fel gwydr, PET a saffir a deunyddiau caled a brau, marcio manwl gywir, llawdriniaeth offthalmig, passivation microsgopig ac ysgythru deunyddiau.
O safbwynt y defnydd, nid oes gan laserau CW pŵer uchel a laserau tra chyflym bron unrhyw berthynas amnewid rhwng y ddwy ochr. Maent fel bwyeill a phliciwr, ac mae gan eu meintiau eu manteision a'u hanfanteision eu hunain. Mae cymwysiadau laserau pwls di-gyflym i lawr yr afon yn gorgyffwrdd rhywfaint â laserau parhaus a laserau tra chyflym. O'r canlyniadau gwirioneddol, o dan yr un cymhwysiad, nid yw ei bŵer cystal â phwer laserau parhaus, ac nid yw ei gywirdeb cystal â laserau tra chyflym. Y mwyaf amlwg yw'r perfformiad cost.
Yn enwedig y laser uwchfioled nano2nd, er nad yw ei led pwls yn cyrraedd y lefel pico2nd, ond mae'r cywirdeb prosesu wedi'i wella'n fawr o'i gymharu â laserau nano2nd lliw eraill, fe'i defnyddiwyd yn helaeth wrth brosesu a gweithgynhyrchu cynhyrchion 3C. Yn y dyfodol, wrth i gost laserau tra chyflym leihau, efallai y bydd yn meddiannu'r farchnad uwchfioled nano2nd.
Mae laserau tra chyflym yn sylweddoli prosesu oer mewn gwirionedd ac mae ganddynt fanteision sylweddol mewn prosesu manwl gywir. Wrth i dechnoleg cynhyrchu laserau tra chyflym aeddfedu'n raddol, mae'r gost yn gostwng yn raddol. Yn y dyfodol, disgwylir iddo gael ei ddefnyddio'n helaeth mewn bioleg feddygol, awyrofod, electroneg defnyddwyr, arddangos goleuadau, amgylchedd ynni, peiriannau manwl a diwydiannau eraill i lawr yr afon.
Cosmetology Meddygol
Gellir defnyddio laserau tra chyflym mewn offer llawdriniaeth llygaid meddygol a dyfeisiau cosmetig. Defnyddir laser Femto2nd mewn llawdriniaeth myopia ac fe'i gelwir yn "chwyldro arall mewn llawdriniaeth blygiannol" ar ôl technoleg aberration blaen y don. Mae echel llygad cleifion myopig yn fwy na'r echel llygad arferol, fel bod ffocws pelydrau golau cyfochrog ar ôl i system blygiant y llygad yn disgyn o flaen y retina yn nhalaith ymlacio pelen y llygad. Gall llawdriniaeth laser Femto2nd gael gwared ar gyhyr gormodol yn y dimensiwn echelinol ac adfer y pellter echelinol i normal. Mae gan lawdriniaeth laser Femto2nd fanteision cywirdeb uchel, diogelwch uchel, sefydlogrwydd uchel, amser gweithredu byr, a chysur uchel, ac mae wedi dod yn un o'r dulliau llawdriniaeth myopia mwyaf prif ffrwd.
O ran harddwch, gellir defnyddio laserau cyflym iawn i dynnu pigment a mannau geni brodorol, tynnu tatŵs, a gwella heneiddio'r croen.
Consumer Electronics
Mae laserau tra chyflym yn addas ar gyfer prosesu deunydd tryloyw caled a brau, prosesu ffilmiau tenau, marcio manwl, ac ati yn y broses weithgynhyrchu electroneg defnyddwyr. Mae gwydr tymherus ffôn symudol a saffir yn ddeunyddiau caled, brau a thryloyw mewn deunyddiau crai electroneg defnyddwyr, yn enwedig saffir, oherwydd ei galedwch uchel a'i freuder uchel, mae effeithlonrwydd a chyfradd cynnyrch dulliau peiriannu traddodiadol yn isel iawn; mae saffir bellach yn cael ei ddefnyddio'n helaeth Fe'i defnyddir yn eang mewn gwylio smart, gorchuddion camera ffôn symudol, gorchuddion modiwl olion bysedd, ac ati; laser uwchfioled nano2nd a laser tra chyflym yw'r prif ddulliau technegol o dorri saffir ar hyn o bryd, ac mae effaith prosesu laser cyflym iawn yn well na laser uwchfioled nano2nd. Yn ogystal, y dulliau prosesu a ddefnyddir gan fodiwlau camera a modiwlau olion bysedd yw laserau nano2nd a pico2nd yn bennaf. Ar gyfer torri sgriniau ffôn symudol hyblyg (sgriniau plygadwy) a'r cyfatebol 3D drilio gwydr yn y dyfodol, bydd y dechnoleg prif ffrwd yn fwyaf tebygol o fod yn laserau tra chyflym.
Mae gan laserau tra chyflym hefyd gymwysiadau pwysig mewn gweithgynhyrchu paneli. Gellir defnyddio laserau tra chyflym ar gyfer torri polaryddion OLED, plicio a thrwsio yn ystod gweithgynhyrchu LCD / OLED.
Ar gyfer OLEDs, mae ei ddeunyddiau polymer yn arbennig o sensitif i ddylanwadau thermol. Yn ogystal, mae maint a gofod y celloedd a wneir ar hyn o bryd yn fach iawn, ac mae'r maint prosesu sy'n weddill hefyd yn fach iawn. Nid yw'r broses torri marw draddodiadol fel o'r blaen bellach yn addas ar gyfer heddiw. Mae anghenion cynhyrchu'r diwydiant, ac erbyn hyn mae gofynion cymhwyso ar gyfer sgriniau siâp arbennig a sgriniau tyllog, sydd y tu hwnt i alluoedd crefftau traddodiadol. Yn y modd hwn, adlewyrchir manteision laserau tra chyflym, yn enwedig laserau uwchfioled pico2nd neu hyd yn oed femto2nd, sydd â pharth bach y mae gwres yn effeithio arnynt ac sy'n fwy addas ar gyfer cymwysiadau mwy hyblyg megis prosesu cromlin.
Micro Weldio
Ar gyfer cyfryngau solet tryloyw fel gwydr, bydd ffenomenau amrywiol megis amsugno aflinol, difrod toddi, ffurfio plasma, abladiad, a lluosogiad ffibr yn digwydd pan fydd laser pwls ultrashort yn lluosogi yn y cyfrwng. Mae'r ffigur yn dangos gwahanol ffenomenau sy'n digwydd yn y rhyngweithio rhwng laser pwls ultrashort a deunydd solet o dan wahanol ddwysedd pŵer a graddfeydd amser.
Oherwydd nad oes angen i dechnoleg micro-weldio laser pwls ultra-byr fewnosod haen ganolraddol, mae ganddi effeithlonrwydd uchel, manwl gywirdeb uchel, dim effaith thermol macrosgopig, ac mae ganddi eiddo mecanyddol ac optegol cymharol ddelfrydol ar ôl triniaeth ficro-weldio, mae'n addas iawn ar gyfer micro-weldio deunyddiau tryloyw fel gwydr. Er enghraifft, mae ymchwilwyr wedi llwyddo i weldio capiau diwedd i ffibrau optegol safonol a microstrwythuredig gan ddefnyddio corbys 70 fs, 250 kHz.
Goleuadau Arddangos
Mae cymhwyso laserau tra chyflym ym maes goleuadau arddangos yn cyfeirio'n bennaf at sgribio a thorri wafferi LED. Dyma enghraifft arall o laserau tra chyflym yn addas ar gyfer prosesu deunyddiau caled a brau. Mae gan brosesu laser tra chyflym gwastadrwydd trawstoriad uchel a llai o naddu ymyl yn sylweddol. Mae effeithlonrwydd a chywirdeb wedi gwella'n fawr.
Ynni Ffotofoltäig
Mae gan laserau tra chyflym ofod cymhwysiad eang wrth gynhyrchu celloedd ffotofoltäig. Er enghraifft, wrth gynhyrchu batris ffilm tenau CIGS, gall laserau tra chyflym ddisodli'r broses ysgrifennu fecanyddol wreiddiol a gwella ansawdd y sgrifennu'n sylweddol, yn enwedig ar gyfer cysylltiadau ysgrifennu P2 a P3, a all gyflawni bron dim naddu a dim craciau a straen gweddilliol.
awyrofod
Er mwyn gwella perfformiad a bywyd gwasanaeth y llafnau tyrbin, ac yna gwella perfformiad yr injan, mae angen mabwysiadu technoleg oeri ffilm aer, sy'n cyflwyno gofynion hynod o uchel ar gyfer y dechnoleg prosesu twll ffilm aer. Yn 2018, datblygodd Sefydliad Opteg a Mecaneg Xi'an yr ynni pwls sengl uchaf yn Tsieina. Cyflawnodd y laser ffibr femto26nd gradd ddiwydiannol 2-wat, a datblygodd gyfres o offer gweithgynhyrchu eithafol laser cyflym iawn, ddatblygiad arloesol yn y "prosesu oer" o dyllau ffilm aer mewn llafnau tyrbinau awyr-injan, gan lenwi'r bwlch domestig. Mae'r dull prosesu hwn yn fwy datblygedig nag EDM Mae cywirdeb y dull yn uwch, ac mae'r gyfradd cynnyrch wedi'i wella'n fawr.
Gellir defnyddio laserau tra chyflym hefyd i beiriannu manwl gywirdeb deunyddiau cyfansawdd wedi'u hatgyfnerthu â ffibr, a bydd gwella cywirdeb peiriannu yn helpu i ehangu cymhwysiad deunyddiau cyfansawdd fel ffibr carbon mewn awyrofod a meysydd pen uchel eraill.
Maes Ymchwil
Mae technoleg polymerization 2-ffoton (2PP) yn "nano-optegol" 3D dull argraffu, yn debyg i dechnoleg prototeipio cyflym halltu, ac mae'r dyfodolwr Christopher Barnatt yn credu y gallai'r dechnoleg hon ddod yn ffurf prif ffrwd o 3D argraffu yn y dyfodol. Egwyddor technoleg polymerization 2-ffoton yw gwella resin ffotosensitif yn ddetholus trwy ddefnyddio "laser pwls femto2nd". Mae'n swnio fel photocuring prototeipio cyflym, y gwahaniaeth yw bod y trwch haen lleiaf a datrysiad echel XY y gall technoleg polymerization 2-ffoton ei gyflawni rhwng 100 nm a 200 nm. Mewn geiriau eraill, 2PP 3D mae technoleg argraffu gannoedd o weithiau'n fwy cywir na thechnoleg mowldio halltu golau traddodiadol, ac mae'r pethau printiedig yn llai na bacteria.
Ar hyn o bryd, mae pris laserau tra chyflym yn dal yn gymharol ddrud. Fel arloeswr yn y diwydiant, STYLECNC eisoes yn cynhyrchu offer prosesu laser tra chyflym ac wedi cael adborth da o'r farchnad. Mae offer torri laser manwl ar gyfer modiwlau OLED yn seiliedig ar dechnoleg laser tra chyflym, offer marcio laser tra chyflym (picosecond / femtosecond), offer prosesu laser chamfering gwydr ar gyfer sgriniau arddangos isgoch pico2nd, a wafferi gwydr isgoch pico2nd wedi'u lansio offer torri laser, peiriant deisio anweledig awtomatig LED, waffer lled-ddargludyddion. peiriant torri laser, offer torri gorchudd gwydr ar gyfer modiwlau adnabod olion bysedd, llinellau cynhyrchu màs arddangos hyblyg a chyfres o gynhyrchion laser uwch-gyflym.
Manteision ac Anfanteision
Pros
Mae laser uwchgyflym yn un o'r cyfeiriadau datblygu pwysig ym maes laser. Fel technoleg sy'n dod i'r amlwg, mae ganddi fanteision sylweddol mewn microbeiriannu manwl gywir. Mae'r pwls uwch-fyr a gynhyrchir gan y laser uwchgyflym yn rhyngweithio â'r deunydd am gyfnod byr iawn, ac ni fydd yn dod â gwres i'r deunyddiau cyfagos, felly gelwir prosesu laser uwchgyflym hefyd yn brosesu oer. Mae hyn oherwydd, pan fydd lled pwls y laser yn cyrraedd lefel pico2nd neu femto2nd, gellir osgoi'r dylanwad ar y symudiad thermol moleciwlaidd i raddau helaeth, gan arwain at lai o ddylanwad thermol.
Er enghraifft, pan fyddwn yn torri wyau cadw gyda chyllell gegin ddi-fin, rydym yn aml yn torri'r wyau cadw yn ddarnau mân. Os dewiswch ddull torri gydag ymyl cyllell arbennig o finiog sy'n torri'r llanast yn gyflym, bydd yr wyau cadw yn cael eu torri'n gyfartal ac yn hyfryd. Dyna fantais bod yn hynod gyflym.
anfanteision
Mae gan ddiwydiannau gweithgynhyrchu pen uchel fel cylchedau integredig a phaneli ofynion uchel iawn ar gyfer offer prosesu laser, ac mae risg y bydd datblygiadau technolegol yn methu â chyrraedd y disgwyliadau.
Mae pris laserau cyflym iawn yn uchel, ac mae newid i gyflenwr laser newydd yn peri risg o fethu ag ehangu'r farchnad yn ôl y disgwyl ar gyfer gweithgynhyrchwyr offer laser a'r defnyddwyr mwyaf i lawr yr afon.
