Els làsers s'estan convertint en una part integral d'innombrables dispositius i indústries. Quan un feix làser interacciona amb la superfície d'un material a nanoescala, emet una ona de llum coneguda com a "plasmó" i les propietats d'un plasmó determinat poden transmetre informació. En la transmissió òptica, el làser bombeja llum a un component anomenat "absorbidor saturable" per produir un senyal òptic.
La tecnologia làser també té una àmplia gamma d'usos en el processament industrial, com ara la neteja de precisió de components, el tall i la soldadura d'alta potència, i el micromecanitzat com ara perforació, traçat, mòlta fina, polit, tall, texturat, pelat i aïllament. En el camp de la fabricació industrial, els enginyers van intentar utilitzar làsers per a la micromecanització fa molt de temps. Tanmateix, a causa de l'amplada de pols llarga i la baixa intensitat làser dels làsers que fan que el material es fongui i continuï evaporant, tot i que el feix làser es pot enfocar en un punt molt petit, l'impacte tèrmic sobre el material encara és important, limitant la precisió. del procés. L'única manera de millorar la qualitat del mecanitzat és reduir l'impacte tèrmic. Quan es requereix una precisió d'una micra, els làsers de pols ultracurt són la millor eina per a la neteja de precisió, el poliment d'alta precisió, el repàs superficial i la soldadura, o per modificar grans quantitats de material.
Els làsers de pols ultra curts són làsers de polsos les amplades de pols làser de sortida són de la classe de picosegons (10-12 segons) o inferiors a la classe de picosegons. Depenent de l'amplada del pols del làser de sortida, els làsers de pols ultracurt es poden classificar en làsers de picosegons, làsers de femtosegons i làsers d'atosegons. Els làsers de polsos ultracurts augmenten l'energia dels polsos alts per canviar dràsticament la resposta de l'objecte de llum. En general, com més estreta sigui l'amplada del pols, més alta serà la precisió de processament.
Quan el làser s'aplica al material amb temps de pols de l'ordre de picosegons, els resultats del processament canvien dràsticament. A mesura que l'energia del pols augmenta dràsticament, l'alta densitat de potència és suficient per eliminar la capa exterior d'electrons. A causa de la curta durada de la interacció làser amb el material, els ions s'eliminen de la superfície del material abans que l'energia es transfereixi al material circumdant, sense cap efecte tèrmic sobre el material circumdant, d'aquí el terme "processament en fred".
Quan s'aplica un làser a una superfície de material en polsos de femtosegons, el làser pot emetre una potència mitjana de fins a l'ordre de quilowatts, amb amplades de pols de l'ordre d'uns quants centenars de femtosegons (fs). A freqüències de repetició de l'ordre d'1 kHz a 100 MHz, l'energia del pols pot abastar l'ordre de magnitud del mil·lijoule (mJ) a nanojoule (nJ), i la potència màxima del pols pot ser tan alta com l'ordre de GW a TW. magnitud.
Aquesta combinació d'energia de pols elevada, potència de pols màxima elevada i freqüència de repetició de pols elevada permet un processament eficient d'estructures mecàniques molt més fines que els làsers de pols continus o llargs.
L'energia de processament de pols ultracurt s'injecta molt ràpidament en una petita àrea d'acció, i la deposició instantània d'alta densitat d'energia provoca un canvi en la forma en què s'absorbeixen i es mouen els electrons, evitant els efectes de l'absorció lineal del làser, la transferència d'energia i la difusió, i canviant fonamentalment. el mecanisme d'interacció làser-matèria. Igual que amb el processament làser generalitzat, que és sense contacte, l'ús de làsers de pols ultracurt ofereix avantatges únics en el micromecanitzat, incloent una precisió dimensional millorada i toleràncies més estrictes, danys reduïts i l'eliminació dels passos de processament posteriors.
Aquesta tecnologia negra té aplicacions importants per als làsers de pols ultracurt en un ampli ventall de camps com la investigació bàsica, el processament industrial i les comunicacions òptiques, i actualment està sent investigada intensament pels principals països com una forma d'aconseguir avenços tecnològics.
Progrés en R+D en diversos camps
01. Comunicacions
Recentment, Yu Yao, professora associada d'Enginyeria Elèctrica a la Universitat Estatal d'Arizona, i el seu equip de recerca al Centre d'Innovació Fotònica de la Universitat Estatal d'Arizona van dissenyar un element làser a nanoescala més ràpid i eficient energèticament anomenat absorbidor saturable metaestructurat híbrid de grafè-plasma, o GPSMA. en resum. Els GPSMA tenen aplicacions potencials en indústries com les comunicacions, el processament de la informació, l'espectroscòpia i la biomedicina. L'absorbidor es pot utilitzar per millorar la velocitat, l'eficiència i el rendiment general per avançar en la transmissió de dades, el processament de la informació, la detecció biomèdica i les tecnologies d'imatge.
A causa de les seves propietats beneficioses en la modulació òptica i l'absorció saturable, l'equip de Yu Yao va incorporar un híbrid de metall i grafè d'enginyeria sintètica al seu procés de desenvolupament.
En dissenyar una matriu d'antenes òptiques que enfoca la llum als buits a nanoescala del material, coneguts com a punts calents, per promoure l'absorció, i en enfocar la llum làser en aquests punts calents, van observar un rendiment millorat i un consum d'energia reduït. La seva nova tècnica obrirà noves oportunitats per a l'espectroscòpia làser infraroja i comunicacions de senyal òptica d'alta velocitat (cables de fibra òptica i comunicacions per satèl·lit).
02. Militar
Una arma làser sembla una aplicació molt de ciència-ficció. Avui, els Estats Units tenen l'aparició d'un làser de pols ultracurt, i molta gent ha prestat una atenció sostinguda a aquesta arma, que produeix polsos de llum que són tots menys d'un nanosegon, i realment s'espera quan mireu. a través d'aquest mode de càlcul que es coneix com l'arma làser de llum polsada ultra curta. S'informa que els polsos de llum produïts per aquesta arma són inferiors a un nanosegon, a través d'aquest mode de càlcul mira cap avall, s'anomena arma làser de llum de pols ultra curt, també en un rang inesperat. La millora de la potència d'1 milió de vegades, una presentació tan avantatjosa crea més possibilitats, en el procés de desenvolupament i utilització posterior, el rendiment serà cada cop més evident.
03. Recerca i Desenvolupament
L'equip d'investigació del Laboratori de Tecnologia làser de fibra d'alta potència, Institut d'Òptica i Maquinària de Precisió de Xangai, Acadèmia Xinesa de Ciències, ha proposat una tècnica de modulació de guany òptic no lineal que pot convertir un làser continu d'una sola freqüència en polsos de femtosegon altament coherents. El mètode és un nou mitjà tècnic per obtenir polsos ultraràpids flexibles en longitud d'ona.
El Centre de Recerca de Sistemes i Aplicacions de Fabricació Fotònica de l'Institut de Maquinària Òptica de Xi'an continua investigant en tecnologia d'amplificació de pols làser d'alta potència i gran energia, l'equip d'investigació va utilitzar una tecnologia d'amplificació híbrida de fibra de cristall únic en cascada de fibra de vidre especial, per aconseguir el 100 Amplificació de pols ultracurt de refreqüència de kilohertz de sortida d'energia de gairebé mil·lijoules, la potència de sortida màxima amplificada de 92,9 watts, que correspon a l'energia d'un sol pols de fins a 929 microjoules, la reixa de fibra de gran dispersió basat en el gradient de temperatura de banda ampla de gran dispersió i alta difracció Reixa d'eficiència a la concordança de dispersió de precisió del compressor, longitud d'ona central de 1030 nm, amplada espectral de només 2,4 nm de compressió de pols ultracurt a 335 femtosegons (ajustament de Lorentz transformada de Fourier ample de pols límit de 325 femtosegons), energia de pols de sortida comprimida fins a 800 microJoule, corresponent a la potència màxima de més de 2,38 gigawatts. L'energia del pols de sortida és de 800 microJoules, que correspon a una potència màxima de més de 2,38 GW, que és la potència màxima més gran de sortida de pols ultracurt obtinguda a partir d'una fibra de cristall únic a una freqüència de repetició de 100 kilohertz, i la qualitat de la Es prova el feix làser de sortida i el factor de qualitat del feix (M²) és millor que 1,3.
Aquest treball de recerca ha comptat amb el suport de la Fundació Nacional de Ciències Naturals de la Xina sota el tema principal del projecte, el Programa Western Young Scholars de l'Acadèmia Xinesa de Ciències (CAS), el Projecte especial d'integració de dues cadenes de la província de Shaanxi, el Projecte especial de Hongguang de l'Acadèmia Xinesa de Ciències (CAS) i la Nova Estrella de la Ciència i la Tecnologia de la província de Shaanxi. Els resultats de la investigació poden proporcionar nous i eficients mitjans tecnològics de font de llum per a la investigació científica i tecnològica, el processament làser ultraràpid i altres camps. Traduït amb www.DeepL.com/Translator (versió gratuïta)
