Что такое лазер сверхкоротких импульсов?

Что такое сверхкороткий импульсный лазер?

Сверхкороткий импульсный лазер — это тип лазера с чрезвычайно короткой длительностью импульса от нескольких пикосекунд до нескольких фемтосекунд. Пикосекунда составляет одну триллионную секунды, а фемтосекунда еще короче — одну квадриллионную секунды. Чрезвычайная краткость этих импульсов означает, что за время, необходимое для возникновения одного импульса, свет проходит всего лишь долю миллиметра.

Эта короткая длительность импульса делает лазеры с ультракороткими импульсами уникальными среди импульсных лазеров. Эти лазеры производят импульс, который претерпевает большие изменения за очень короткий период, что позволяет проводить высокоточную лазерную обработку с низким термическим воздействием в широком диапазоне материалов.

Применение лазеров с ультракороткими импульсами

Лазеры с ультракороткими импульсами особенно эффективны из-за их высокой пиковой интенсивности, что позволяет им взаимодействовать даже с прозрачными материалами посредством нелинейных процессов поглощения, таких как многофотонная ионизация. Фокусируя эти лазерные лучи внутри прозрачных материалов, становится возможной сложная трехмерная обработка.

Их можно использовать на различных материалах, от твердых алмазов до более мягких материалов, таких как стекло, смолы и керамика. Точность лазеров с ультракороткими импульсами позволяет выполнять детальную обработку, такую ​​как сверление, обрезка и микротекстурирование, не вызывая теплового повреждения или заусенцев.

Принцип работы лазеров с ультракороткими импульсами

Лазеры могут колебаться непрерывно (лазеры непрерывного действия) или импульсами. Импульсные лазеры, включая лазеры сверхкоротких импульсов, работают прерывисто и могут модулироваться различными способами, такими как прямой, внешний, модуляция добротности или синхронизация мод. Лазеры сверхкоротких импульсов обычно используют метод синхронизации мод для достижения невероятно короткой длительности импульса.

Метод синхронизации мод

Синхронизация мод может быть активной (принудительной) или пассивной (самосинхронизация мод). Активная синхронизация мод синхронизирует фазу между модами с помощью модулятора потерь или фазы, в то время как пассивная синхронизация мод использует насыщаемый поглотитель для избирательного поглощения переднего фронта импульса. Оба метода необходимы для производства лазеров сверхкоротких импульсов.

Цены на лазеры сверхкоротких импульсов

Из-за своей сложной конструкции и короткой длительности импульса лазеры с ультракороткими импульсами относятся к наиболее дорогим типам лазеров. Они используются в различных приложениях, от микропроизводства до научных исследований, и обычно попадают в более высокий ценовой диапазон.

История лазеров с ультракороткими импульсами

Развитие лазеров началось с рубиновых лазеров в 1960-х годах, которые использовали импульсные колебания. Со временем такие инновации, как метод модуляции добротности и синхронизация мод, привели к развитию лазерной технологии, что позволило создать лазеры, способные производить чрезвычайно короткие импульсы, включая пикосекундные и фемтосекундные лазеры.

Метод модуляции добротности

Метод модуляции добротности производит мощные импульсы в течение микросекунд до наносекунд. Этот метод временно подавляет лазерные колебания, накапливая энергию перед ее высвобождением в мощном импульсе, и используется в различных приложениях, включая электронную и полупроводниковую обработку.

YAG-лазер

YAG-лазер представляет собой твердотельный лазер, использующий в качестве среды иттрий-алюминиевый гранат. Он известен своей управляемостью и эффективностью в обработке.

Лазер на красителе

Лазеры на красителе используют жидкий раствор красителя в качестве лазерной среды, предлагая широкий диапазон изменения длины волны и областей применения, включая медицинское и промышленное применение.

Эволюция этих лазеров на протяжении многих лет привела к разработке лазеров на основе титана и сапфира и других современных фемтосекундных лазерных систем, что еще больше расширяет возможности и области применения лазеров со сверхкороткими импульсами.