Lasere er i ferd med å bli en integrert del av utallige enheter og bransjer. Når en laserstråle samhandler med overflaten til et nanoskalamateriale, sender den ut en bølge av lys kjent som en "plasmon", og egenskapene til en gitt plasmon kan formidle informasjon. Ved optisk overføring pumper laseren lys inn i en komponent som kalles en "mettbar absorber" for å produsere et optisk signal.
Laserteknologi har også et bredt spekter av bruksområder innen industriell prosessering, som presisjonsrengjøring av komponenter, høyeffektskjæring og sveising, og mikrobearbeiding som boring, ritsing, finsliping, polering, kutting, teksturering, stripping og isolering. Innen industriell produksjon prøvde ingeniører å bruke lasere for mikrobearbeiding for lenge siden. På grunn av de lange pulsbreddene og den lave laserintensiteten til lasere som får materialet til å smelte og fortsette å fordampe, selv om laserstrålen kan fokuseres til et veldig lite sted, er den termiske innvirkningen på materialet fortsatt betydelig, noe som begrenser nøyaktigheten av prosessen. Den eneste måten å forbedre maskineringskvaliteten på er å redusere den termiske påvirkningen. Når det kreves en nøyaktighet på én mikron, er ultrakorte pulserende lasere det beste verktøyet for presisjonsrengjøring, høypresisjonspolering, gjenoppretting av overflater og sveising, eller på annen måte modifisering av store mengder materiale.
Ultrakorte pulsede lasere er pulsede lasere hvis utgangslaserpulsbredder er i klassen pikosekund (10-12 sekunder), eller mindre enn pikosekundklassen. Avhengig av pulsbredden til utgangslaseren, kan ultrakorte pulslasere kategoriseres videre i pikosekundlasere, femtosekundlasere og attosekundlasere. Ultrakorte pulserende lasere øker energien til høye pulser for å dramatisk endre lys-objekt-responsen. Generelt, jo smalere pulsbredde, jo høyere prosesseringsnøyaktighet.
Når laseren påføres materialet med pulstider i størrelsesorden picosekunder, endres prosesseringsresultatene dramatisk. Når pulsenergien øker dramatisk, er den høye effekttettheten tilstrekkelig til å fjerne det ytre laget av elektroner. På grunn av den korte varigheten av laserinteraksjonen med materialet, ableres ionene fra overflaten av materialet før energien overføres til det omgivende materialet, uten termisk effekt på det omkringliggende materialet, derav begrepet "kald prosessering".
Når en laser påføres en materialoverflate i femtosekundpulser, kan laseren gi en gjennomsnittlig effekt på opp til størrelsesorden kilowatt, med pulsbredder i størrelsesorden noen hundre femtosekunder (fs). Ved repetisjonsfrekvenser i størrelsesorden 1 kHz til 100 MHz kan pulsenergien spenne over millijoule (mJ) til nano-joule (nJ) størrelsesorden, og topppulseffekten kan være så høy som GW til TW størrelsesorden på omfanget.
Denne kombinasjonen av høy pulsenergi, høy topppulseffekt og høy pulsrepetisjonsfrekvens muliggjør effektiv behandling av mekaniske strukturer som er mye finere enn kontinuerlige eller langpulsede lasere.
Ultrakort pulsbehandlingsenergi injiseres ekstremt raskt inn i et lite handlingsområde, og øyeblikkelig avsetning med høy energitetthet forårsaker en endring i måten elektroner absorberes og beveger seg, og unngår effekten av lineær laserabsorpsjon, energioverføring og diffusjon, og fundamentalt endret mekanismen for interaksjon mellom laser og materie. Som med generalisert laserbehandling, som er kontaktløs, gir bruken av ultrakorte pulserende lasere unike fordeler innen mikrobearbeiding, inkludert forbedret dimensjonsnøyaktighet og strammere toleranser, redusert skade og fjerning av påfølgende prosesseringstrinn.
Denne svarte teknologien har betydelige bruksområder for ultrakorte pulserende lasere innen et bredt spekter av felt som grunnforskning, industriell prosessering og optisk kommunikasjon, og forskes for tiden intensivt av store land som en måte å realisere teknologiske fremskritt.
FoU-fremgang på ulike felt
01. Kommunikasjon
Nylig utviklet Yu Yao, førsteamanuensis i elektroteknikk ved Arizona State University, og hennes forskerteam ved Arizona State University Photonics Innovation Center et raskere, mer energieffektivt laserelement i nanoskala kalt en grafen-plasma hybrid metastrukturert mettbar absorber, eller GPSMA for korte. GPSMAer har potensielle anvendelser i bransjer som kommunikasjon, informasjonsbehandling, spektroskopi og biomedisin. Absorberen kan brukes til å forbedre hastighet, effektivitet og generell ytelse for å fremme dataoverføring, informasjonsbehandling, biomedisinsk sensing og bildeteknologi.
På grunn av dens fordelaktige egenskaper innen optisk modulering og mettbar absorpsjon, inkorporerte Yu Yaos team en syntetisk konstruert metall-grafen-hybrid i utviklingsprosessen.
Ved å designe en optisk antennegruppe som fokuserer lys inn i materialets nanoskala-gap, kjent som hot spots, for å fremme absorpsjon, og ved å fokusere laserlys på disse hot spots, observerte de forbedret ytelse og redusert energiforbruk. Deres nye teknikk vil åpne for nye muligheter for infrarød laserspektroskopi og høyhastighets optisk signalkommunikasjon (fiberoptiske kabler og satellittkommunikasjon).
02. Militær
Et laservåpen høres ut som en veldig sci-fi-applikasjon. I dag har USA nå fremveksten av en ultrakort pulset laser, og mange mennesker har fulgt vedvarende oppmerksomhet til dette våpenet, som produserer lyspulser som alle er mindre enn ett nanosekund, og det er virkelig forventet når du ser ved hjelp av denne beregningsmåten er det kjent som Ultra-Short Pulsed Light Laser Weapon. Det er rapportert at pulsene av lys produsert av dette våpenet er mindre enn et nanosekund, gjennom denne beregningsmåten se ned, kalles det ultra-kort puls lys laser våpen, også virkelig i det uventede området. Kraftforbedringen på 1 million ganger, en slik fordelaktig presentasjon skaper flere muligheter, i den påfølgende utviklings- og utnyttelsesprosessen vil ytelsen bli mer og mer åpenbar.
03. Forskning og utvikling
Forskerteamet til High Power Fiber Laser Technology Laboratory, Shanghai Institute of Optics and Precision Machinery, Chinese Academy of Sciences, har foreslått en ikke-lineær optisk forsterkningsmodulasjonsteknikk som kan konvertere en enkeltfrekvent kontinuerlig laser til svært koherente femtosekundpulser. Metoden er et helt nytt teknisk middel for å oppnå bølgelengdefleksible ultraraske pulser.
Xi'an Institute of Optical Machinery Photonic Manufacturing Systems and Applications Research Center fortsetter å forske på høyeffekts og stor energi ultrakort laserpulsforsterkningsteknologiforskning, forskerteamet brukte en spesiell glassfiberkaskade enkeltkrystallfiberhybridforsterkningsteknologi for å oppnå 100 kilohertz re-frekvens ultrakort pulsforsterkning på nesten millijoule energiutgang, den maksimale forsterkede utgangseffekten på 92,9 watt, tilsvarende energien til en enkelt puls opptil 929 mikrojoule, den Gjennom temperaturgradientbaserte bredbåndsstor dispersjon kvitret fibergitter og høy diffraksjon effektivitetsgitter til kompressorens presisjonsdispersjonstilpasning, senterbølgelengden på 1030 nm, spektralbredden på bare 2,4 nm av den ultrakorte pulskompresjonen til 335 femtosekunder (Lorentz-tilpasset Fourier-transformgrense pulsbredde på 325 femtosekunder opp til utgangspuls), puls 0 0 energi opp til puls. microJoule, tilsvarende toppeffekten på mer enn 2,38 gigawatt. Utgangspulsenergien er 800 mikroJoule, tilsvarende en toppeffekt på mer enn 2,38 GW, som er den største toppeffekten av ultrakort pulsutgang oppnådd basert på en enkrystallfiber med en repetisjonsfrekvens på 100 kilohertz, og kvaliteten på utgangslaserstrålen er testet, og strålekvalitetsfaktoren (M²) er bedre enn 1,3.
Dette forskningsarbeidet har blitt støttet av National Natural Science Foundation of China under hovedprosjektet, Western Young Scholars-programmet til Chinese Academy of Sciences (CAS), Two Chain Integration Special Project of Shaanxi Province, Hongguang Special Project of det kinesiske vitenskapsakademiet (CAS), og den nye stjernen for vitenskap og teknologi i Shaanxi-provinsen. Forskningsresultatene kan gi nye og effektive lyskildeteknologiske midler for vitenskapelig og teknologisk forskning, ultrarask laserbehandling og andre felt. Oversatt med www.DeepL.com/Translator (gratisversjon)
