Ласери постају саставни део безброј уређаја и индустрија. Када ласерски сноп ступи у интеракцију са површином материјала наноразмера, он емитује талас светлости познат као "плазмон", а својства датог плазмона могу да пренесу информације. У оптичком преносу, ласер пумпа светлост у компоненту која се зове "сатурабле абсорбер" да би произвео оптички сигнал.
Ласерска технологија такође има широк спектар примена у индустријској обради, као што је прецизно чишћење компоненти, сечење и заваривање велике снаге и микромашинска обрада као што су бушење, шишање, фино брушење, полирање, сечење, текстурирање, скидање и изоловање. У области индустријске производње, инжењери су одавно покушали да искористе ласере за микромашинску обраду. Међутим, због дугих ширина импулса и ниског ласерског интензитета ласера који узрокују да се материјал топи и наставља да испарава, иако ласерски сноп може бити фокусиран на веома малу тачку, топлотни утицај на материјал је и даље значајан, ограничавајући прецизност процеса. Једини начин да се побољша квалитет обраде је смањење топлотног утицаја. Када је потребна тачност од једног микрона, ултракратки пулсни ласери су најбољи алат за прецизно чишћење, високо прецизно полирање, обнављање површине и заваривање или на други начин модификовање великих количина материјала.
Ултра-кратки пулсни ласери су пулсни ласери чије су ширине излазних ласерских импулса у класи пикосекунде (10-12 секунди) или мање од класе пикосекунде. У зависности од ширине импулса излазног ласера, ласери ултракратких импулса могу се даље категорисати у пикосекундне ласере, фемтосекундне ласере и атосекундне ласере. Ултракратки пулсни ласери повећавају енергију високих импулса како би драматично променили одзив светлосног објекта. Генерално, што је ширина импулса ужа, то је већа тачност обраде.
Када се ласер примени на материјал са временима импулса реда величине пикосекунди, резултати обраде се драматично мењају. Како енергија импулса драматично расте, велика густина снаге је довољна да скине спољашњи слој електрона. Због кратког трајања ласерске интеракције са материјалом, јони се уклањају са површине материјала пре него што се енергија пренесе на околни материјал, без топлотног ефекта на околни материјал, па отуда и назив „хладна обрада“.
Када се ласер примени на површину материјала у фемтосекундним импулсима, ласер може да произведе просечну снагу до реда киловата, са ширином импулса од неколико стотина фемтосекунди (фс). На фреквенцијама понављања реда величине од 1 кХз до 100 МХз, енергија импулса може да се протеже од милиџула (мЈ) до нано-џула (нЈ) реда величине, а вршна снага импулса може бити висока као ГВ до ТВ реда величине величина.
Ова комбинација високе енергије импулса, високе вршне импулсне снаге и високе фреквенције понављања импулса омогућава ефикасну обраду механичких структура које су много финије од континуираних или дуго пулсних ласера.
Енергија обраде ултракратког импулса се изузетно брзо убризгава у мало подручје деловања, а тренутно таложење велике густине енергије изазива промену у начину на који се електрони апсорбују и крећу, избегавајући ефекте линеарне ласерске апсорпције, преноса енергије и дифузије, и суштински се мења механизам интеракције ласер-материја. Као и код генерализоване ласерске обраде, која је бесконтактна, употреба ултракратких импулсних ласера нуди јединствене предности у микро машинској обради, укључујући побољшану тачност димензија и строже толеранције, смањена оштећења и уклањање накнадних корака обраде.
Ова црна технологија има значајну примену за ултракратке импулсне ласере у широком спектру области као што су основна истраживања, индустријска обрада и оптичке комуникације, а тренутно је интензивно истражују велике земље као начин реализације технолошког напретка.
Напредак истраживања и развоја у различитим областима
01. Комуникације
Недавно је Иу Иао, ванредни професор електротехнике на Државном универзитету у Аризони, и њен истраживачки тим на Иновационом центру за фотонику државног универзитета у Аризони дизајнирали бржи, енергетски ефикаснији ласерски елемент наноразмера назван хибридни метаструктурирани апсорбер графена и плазме или ГПСМА. скраћено. ГПСМА имају потенцијалну примену у индустријама као што су комуникације, обрада информација, спектроскопија и биомедицина. Апсорбер се може користити за побољшање брзине, ефикасности и укупних перформанси ради унапређења преноса података, обраде информација, биомедицинског сензора и технологија снимања.
Због својих корисних својстава у оптичкој модулацији и засићеној апсорпцији, Иу Иаоов тим је у свој развојни процес уградио синтетички конструисан хибрид метал-графена.
Дизајнирањем оптичког антенског низа који фокусира светлост у наносмерне празнине материјала, познате као вруће тачке, да би се промовисала апсорпција, и фокусирањем ласерске светлости на ове вруће тачке, приметили су побољшане перформансе и смањену потрошњу енергије. Њихова нова техника ће отворити нове могућности за инфрацрвену ласерску спектроскопију и комуникацију са оптичким сигналом велике брзине (оптички каблови и сателитске комуникације).
02. Војска
Ласерско оружје звучи као веома научно-фантастична апликација. Данас се у Сједињеним Државама појавио ултра-кратки пулсни ласер, и многи људи стално обраћају пажњу на ово оружје, које производи импулсе светлости који су све краћи од једне наносекунде, и то се заиста очекује када погледате на њега кроз овај начин прорачуна који је познат као ласерско оружје ултра кратког пулсног светла. Пријављено је да су импулси светлости произведени овим оружјем мањи од наносекунде, кроз овај начин прорачуна погледајте доле, назива се ултра-кратко пулсно светлосно ласерско оружје, такође заиста у неочекиваном опсегу. Повећање снаге од 1 милион пута, тако повољна презентација ствара више могућности, у каснијем процесу развоја и коришћења, перформансе ће бити све очигледније.
03. Истраживање и развој
Истраживачки тим Лабораторије за ласерску технологију високе снаге, Шангајски институт за оптику и прецизне машине, Кинеска академија наука, предложио је технику модулације нелинеарног оптичког појачања која може конвертовати једнофреквентни континуирани ласер у високо кохерентне фемтосекундне импулсе. Метода је потпуно ново техничко средство за добијање ултрабрзих импулса флексибилних таласних дужина.
Институт за оптичке машине, системи и апликације за фотоничку производњу, Истраживачки центар наставља да истражује истраживање технологије ултракратког ласерског пулсног појачања велике снаге и велике енергије, истраживачки тим је користио специјалну каскаду од стаклених влакана хибридну технологију појачања од монокристалних влакана, како би постигао 100 Килохерц рефреквентно ултракратко импулсно појачање излазне енергије од скоро милиџула, максимална појачана излазна снага од 92,9 вати, што одговара енергији једног импулса до 929 микроџула, кроз широкопојасну решетку широкопојасне широкопојасне дисперзије засноване на температурном градијенту и високу дифф ефикасност решетке са компресором прецизно усклађивање дисперзије, централна таласна дужина од 1030 нм, ширина спектра од само 2,4 нм компресије ултракратког импулса до 335 фемтосекунди (Лорентз фитинг Фоуриерова трансформација гранична ширина импулса од 325 фемтосекунди), компримована излазна енергија импулса до 80 микроџула, што одговара вршној снази већој од 2,38 гигавата. Излазна импулсна енергија је 800 микроџула, што одговара вршној снази већој од 2,38 ГВ, што је највећа вршна снага ултракратког импулсног излаза добијеног на основу монокристалног влакна на фреквенцији понављања од 100 килохерца, а квалитет излазни ласерски сноп је тестиран, а фактор квалитета зрака (М²) је бољи од 1,3.
Овај истраживачки рад је подржан од стране Националне фондације за природне науке Кине у оквиру главне теме пројекта, Програма западних младих научника Кинеске академије наука (ЦАС), Специјалног пројекта интеграције два ланца провинције Шанкси, специјалног пројекта Хонггуанг од Кинеска академија наука (ЦАС) и Нова звезда науке и технологије провинције Шанкси. Резултати истраживања могу да обезбеде нова и ефикасна технолошка средства извора светлости за научна и технолошка истраживања, ултрабрзу ласерску обраду и друге области. Преведено са ввв.ДеепЛ.цом/Транслатор (бесплатна верзија)
