Tá léasair ultra-ghearr, cosúil le léasair femtosecond, ag éirí níos éasca le húsáid mar ghléasanna breiseán agus súgartha atá oiriúnach do raon leathan feidhmeanna tionsclaíochta agus bithleighis. , cothabháil rialta ar an uisce fuaraithe, agus leas iomlán a bhaint leanúnach ar na paraiméadair léasair.
Sa lá atá inniu ann, tá léasair femtosecond atá dlúth, iontaofa agus ar chostas níos ísle, tar éis léasair femtosecond atá dlúth, iontaofa agus ar chostas níos ísle a tháirgeadh ar ardáin soladach-staid agus snáthoptaice a úsáideann teicneolaíocht aimplithe snáithíní criostail fhótóinic chruthaithe agus ailtireachtaí aimpliúcháin chirped-pulse.
I bhfoinsí ultrashort an lae inniu, tá an cuas léasair gás-dlúth, agus tá cuasáin aimplithe diosca nó pláta fiú níos mó faoi iamh chun aonrú níos éifeachtaí ón gcomhshaol. Ciallaíonn sé seo nach gá léasair ultrafast nua-aimseartha a chalabrú de láimh sa réimse a thuilleadh agus nach mbíonn tionchar níos lú ag athruithe ar theocht nó ar thaise.
"Fiche scór bliain ó shin, má tá tú ag sraothartach in aice le léasair ultrafast, d'fhéadfadh sé glasáil mód a chur amú nó a chailleadh," a dúirt Heather George, bainisteoir táirgí TRUMPF, "Teacht na léasair síl modh-ghlas éighníomhach, seachas síol gníomhach modh-ghlasáilte. léasair, a d'fhág léasair ultrafast tionsclaíoch indéanta."
Tá foinsí léasair femtosecond iomlán ar fáil anois ag pointí praghais éagsúla, chomh maith le tréimhsí bíge solúbtha, fuinneamh cuisle, meánchumhachtaí agus paraiméadair bhíoma.
Téann go leor de na córais seo níos faide trí ghnéithe cosúil le réamhchúiteamh uathoibríoch a chomhtháthú le haghaidh scaipeadh treoluas grúpa gan iarraidh nó modhnóirí fuaim-optaice comhtháite, a cheadaíonn rialú meánchumhachta, fuinneamh in aghaidh na bíge agus ráta athrá.
"Chomh maith le díghrádú feidhmíochta beag agus mall a bhaineann le dul in aois comhpháirteanna nádúrtha, níl aon choigeartuithe tréimhsiúla nó ath-uasmhéadú ag an úsáideoir ag teastáil ón léasair iomlán, agus ba cheart go ndéanfaí diagnóisiú cianda air agus go dtairgfeadh sé idirghabháil seirbhíse iargúlta chun an t-am a uasmhéadú." dúirt Marco Arrigoni, stiúrthóir margaíochta ag Coherent Corp.
Cé go bhfuil córais ultrafast atá éasca le húsáid ag fáil níos mó agus níos mó, is féidir le tuiscint níos fearr ar pharaiméadair na léasair seo cabhrú lena dtréchur, a gcáilíocht agus a n-éifeachtúlacht iarratais a fheabhsú. Is féidir le léasair ultrafast atá bunaithe ar snáithín oibriú ar feadh na mblianta gan mórán cothabhála agus tá siad réasúnta inacmhainne. Cosnaíonn gnáth-léasair snáithíní femtosecond le cumhachtaí aschurtha níos lú ná 10 W, minicíochtaí athrá idir 80 agus 100 MHz, agus fuinneamh bíge idir 10 agus 20 nJ thart ar $50,000, thart ar leathphraghas na dtáirgí níos luaithe.
Ardaíonn an costas, áfach, de réir mar a mhéadaíonn an meánchumhacht/fuinneamh bíog. Tá meánchumhachtaí idir 10 agus 200 W ag léasair ultrafast reatha, tá leithead bíge níos lú ná 300 fs, fuinneamh bíge idir 0.1 agus 2 mJ, agus fuinneamh pléasctha 8 mJ. Tá na léasair seo sa raon $80,000 go $100,000.
Deir Bernhard Wolfring, bainisteoir táirge le haghaidh léasair ultrafast ag TOPTICA Photonics AG, go gcaithfidh an réiteach dearaidh an costas i gcoinne tréithe fisiceacha an uirlis léasair a theastaíonn a chur san áireamh. "Ní cheadaíonn an t-íoschumhacht a theastaíonn costais a laghdú faoi leibhéal áirithe," a deir sé. "Ar an láimh eile, cuidíonn an t-uasriachtanas cumhachta le ró-mhór an chórais a sheachaint i dtéarmaí costais agus feidhmiúlacht. Is é an toradh de ghnáth ná cothromaíocht optamach idir dearadh agus costas, agus dearadh agus paraiméadair, do chórais léasair speisialaithe."
Iarratas a hAon: Próiseáil Ábhar
Úsáidtear léasair femtosecond i gcónaí i raon leathan d'iarratais próiseála ábhar, mar shampla scragaill a ghearradh le haghaidh taispeántais painéil chomhréidh, scafaill leighis micromachining agus scribing wafer.
Mar thoradh ar phulsanna femtosecond tá cáilíocht níos fearr in iarratais micrea-mheaisínithe i gcomparáid le bíoga pico- nó nanosecond, go páirteach toisc go n-íoslaghdaíonn bíoga femtosecond tionchar lochtanna teirmeacha, amhail criosanna teasa (HAZ) nó smionagar timpeall an limistéir phróiseála. Is fiú a thabhairt faoi deara go bhfuil bunlíne leis na buntáistí seo: don chuid is mó de na hábhair, ní fheabhsaíonn bíoga atá níos giorra ná 350 fs éifeachtúlacht meaisínithe agus d'fhéadfadh go mbeadh gá le snáthoptaice níos costasaí. Ina theannta sin, níl an leithead cuisle féin ach cuid den fhadhb.
Deir Hui Imam, stiúrthóir margaíochta straitéiseach le haghaidh léasair ultrafast ag NKT Photonics: "Is dóigh linn gur féidir le leithead cuisle a bheith beagán míthreorach. Is é an paraiméadar tábhachtach ná buaicchumhacht, is é sin an méid fuinnimh a sheachadtar i femtosecond gearr. Dá airde an buaicphointe cumhacht le haghaidh cuisle femtosecond gearr tugtha, is é an t-ábhar níos mó ablated le tionchar teirmeach níos lú."
Tá cóireáil teasa laghdaithe ríthábhachtach d'ábhair atá íogair ó thaobh teochta nó meicniúil de, mar shampla Nitinol, polaiméirí, ábhair instealladh drugaí, nó tréleictreach tanaí.
Tá fuinneamh cuisle agus meánchumhacht léasair snáithíní ultrafast teoranta ag an tairseach damáiste snáithín. Is féidir le struchtúir aimplithe mar aimplitheoirí pláta agus diosca fuinneamh cuisle níos airde agus meánchumhachtaí a tháirgeadh. Ach tagann siad freisin le lorg níos mó, costas níos airde agus ceanglais fuaraithe níos déine.
Cinneann meánchumhacht agus ráta athrá an fuinneamh cuisle uasta is féidir a bhaint amach le cuisle léasair amháin. I gcás fhormhór na n-iarratas próiseála ábhar, braitheann an fuinneamh cuisle is fearr ar an tairseach ablation mar a thugtar air.
Athraíonn an tairseach ó ábhar go hábhar, ach nuair a sháraíonn an fuinneamh cuisle tairseach ablation an ábhair, éiríonn an próiseas sáithithe. Go bunúsach, déanann an plasma a cruthaíodh le linn an phróisis ablation bíoga ina dhiaidh sin a ionsú, rud a mhéadaíonn teas agus a laghdaíonn éifeachtúlacht próiseála.
msgstr "Le haghaidh ablation formhór na n-ábhar, is é an gnáthfhuinneamh bíge nuair a bhíonn bíoga femtosecond in úsáid idir {{0}}.02 agus 0.2 mJ." A dúirt George.
Mar gheall ar dhlús cumhachta thar a bheith ard na bíoga léasair femtosecond, déantar ionsú dé-fótóin nó ilfhótóin san ábhar, rud a fhágann go bhfuil struchtúir tríthoiseacha le réiteach mín thar theorainneacha an díraonta optúla. I gcodarsnacht le teicnící monaraithe traidisiúnta micrea/nana, cuireann próiseáil léasair femtosecond méid gné nanascála agus cumais ailtireachta tríthoiseach ar fáil.
Cinneann an méid fuinnimh solais a tharchuirtear in aghaidh an achair aonaid (ar a dtugtar líofacht léasair) éifeachtúlacht an ráta ablation (mm3/min/W). I gcás fhormhór na n-ábhar, is é thart ar 1 J/cm2 an buaicluach líofachta is fearr a chomhcheanglaíonn an cháilíocht phróiseála is airde leis an úsáid is éifeachtaí as fuinneamh solais.
Deir Jim Bovatsek, Bainisteoir Innealtóireachta Feidhmchláir Sinsearach ag MKS Spectra-Fisics, "Tá sreabháin faoi bhun an bhuaic mar thoradh ar laghdú géar ar éifeachtúlacht, agus mar thoradh ar sreabha níos airde tá laghdú de réir a chéile ar éifeachtúlacht." Ligeann sé seo do thréchur níos airde trí rith ag rátaí athrá níos airde, rud a fhágann go mbíonn meánchumhacht níos airde.
Ag pointe éigin, áfach, ní ghluaiseann an trealamh cúnta gluaisne/scagtha tapa go leor, nó ní leor cumas an ábhair fuinneamh teasa iarmharach a scaipeadh, nó an dá cheann, agus is é an toradh ná crios a bhfuil tionchar teasa níos lú ná idéalach aige.
Maidir le hábhair a ghearradh cosúil le nitinol, is cosúil go bhfuil minicíocht athrá léasair agus fuinneamh cuisle de 100 kHz agus ~80 µJ, faoi seach, mar uasteorainn sula dtosaíonn crios a bhfuil tionchar teasa (HAZ) á fhoirmiú, agus minicíocht cuisle níos mó ná Is féidir 2 MHz le cumhacht níos mó ná 100 W a úsáid chun scannáin pholaiméire a ghearradh ar nós terephthalate poileitiléin agus polyimide, dúirt Bovatsek.
Iarratas 2: Páirteanna leighis a mharcáil
Is féidir le léasair femtosecond a bheith ina réiteach teicniúil idéalach chun feistí leighis ath-inúsáidte a mharcáil má chúitíonn an méid táirgeachta praghas an léasair.
Tá feidhm ag fás maidir le feistí leighis a mharcáil le barrachóid 2D buan i dathanna dubh nó dorcha, ar féidir iad a úsáid chun na huirlisí seo a chlárú agus súil a choinneáil ar nuair a dhéantar iad a ghlanadh.
Go hiondúil, chun na míreanna seo a mharcáil, teastaíonn úsáid a bhaint as léasairí bíogacha nanosecond ar chostas níos ísle. Déantar na marcóirí seo a chóireáil go ceimiceach le bheith resistant creimeadh. Mar sin féin, táirgeann léasair femtosecond marc doscriosta nach ndéanann creimeadh agus ocsaídiú le himeacht ama, agus mar sin b'fhéidir nach mbeadh gá le céimeanna cóireála ceimiceacha breise.
Táirgeann próiseáil miotail le léasair picosecond nó femtosecond struchtúir bheaga tréimhsiúla ag an nanascála a thaispeánann mar mharcanna dubha ardchodarsnachta," a deir George ag Tonson. Tá na marcálacha dubha seo neamhspleách ar uillinn féachana agus taispeánann siad codarsnacht dhubh ar aon uillinn féachana."
Leanann taighde ar aghaidh le fáil amach an féidir le bíoga femtosecond cáilíocht marcála níos fearr a bhaint amach ná bíoga picosecond. Mar sin féin, ceadaíonn rátaí athrá níos airde scanadh níos tapúla agus mar sin amanna timthriallta níos giorra. Mar sin, ní mór d'iarratais mharcála leighis an comhbhabhtáil idir luas agus cáilíocht a mheas.
Sa mharcáil dhubh, fuinneamh cuisle íseal (<0.05 mJ) and high repetition rates (1 MHz) are used," says Daniel Huerta-Murillo, laser applications engineer at Trafotek. Higher pulse energies result in structured materials, while insufficient pulse energy produces low-contrast markings."
Iarratas 3: Táthú agus gearradh
Is margadh tionsclaíoch eile atá ag teacht chun cinn le haghaidh léasair femtosecond é próiseáil ábhar brittle cosúil le gloine.
De réir Antonio Castelo, bainisteoir teicneolaíochta fótóinic ag Cuibhreannas Tionscal Fótóinic na hEorpa (EPIC), éilíonn próiseáil gloine meascán cruinn de thonnfhad agus fuinneamh cuisle. Is minic go gcuirtear céimeanna snasta breise leis ag deireadh an phróisis mura n-úsáidtear na paraiméadair chearta.
Deir Castelo, "D'fhéadfadh tonnfhaid éagsúla a bheith ag teastáil ó roinnt próiseas a úsáidtear le haghaidh ábhar gloine agus polaiméire sa infridhearg gar agus lár, agus tá raon iomlán réitigh ar fáil anois i 2- agus 3-micron."
Teastaíonn snáthoptaice speisialta do ghearradh agus do tháthú gloine nó plaistigh brittle soiléir chun próifíl chuisle áirithe ar a dtugtar beam Bessel a bhaint amach. Cruthaíonn an beam seo sraith fócais líneach ar an ábhar atá á phróiseáil, cosúil le scian léasair tanaí a fhéadfaidh an t-ábhar a mhodhnú i pas amháin.
Tá an tiús uasta is féidir a phróiseáil teoranta ag an bhfuinneamh cuisle. Dá tiubh an t-ábhar, is airde an fuinneamh cuisle a theastaíonn.
Maidir le táthú gloine, raonta an fuinneamh bíge ó {{{0}}.01 mJ go 0.04 mJ, ag brath ar an gcineál ábhair, agus le haghaidh gearrtha gloine, fuinneamh cuisle 0.1 mJ go 2 Is féidir mJ a úsáid, ag brath ar thiús an tsampla atá le próiseáil," a deir Huerta-Murillo ThruPoint. Tá gearradh léasair plátaí gloine suas le 12 mm ar tiús réadaithe cheana féin i Saotharlann Iarratais Thomson."
Is fachtóir tábhachtach eile é ré Pulse i bpróiseáil gloine. Mar shampla, is féidir gloine soiléir a ghearradh le bíoga picosecond. Ach le haghaidh gloine soiléire a tháthú, tá bíoga femtosecond níos úsáidí toisc go n-éiríonn leo buaicchumhacht níos airde a bhaint amach, rud a fhágann go bhfuil an ghloine leá i limistéar áitiúil ar leith.
Iarratas 4: Micreascópacht multiphoton
Tá bíoga femtosecond oiriúnach go háirithe chun feidhmchláir multifótóin a aslú atá luachmhar d’fheidhmchláir íomháithe bitheolaíocha agus eolaíocha amhail micreascópacht neamhlíneach, optogenetics dhá fhótóin, agus íomháú trí fhótón.
Is iad na príomhúsáideoirí deiridh sna margaí seo ná bitheolaithe agus néareolaithe a bhfuil cúlra optúil teoranta acu. Tá sé thar a bheith tarraingteach do na húsáideoirí deiridh seo feidhmiúlacht a chur leis chun uirlisí léasair a shimpliú.
Tagann sé i gcónaí ar ais chuig an luach breise don úsáideoir, go minic i dtéarmaí éasca le húsáid agus inúsáidteacht," a deir Arrigoni ó Coherent. Féadfaidh úsáideoirí i saotharlanna íomháithe croí, a bhíonn ag rothlú go minic agus gan taithí, leas a bhaint as sraith iomlán de turnkey. feidhmíocht agus glacadh go héasca dhá uair an praghas ar chóras léasair turnkey."
Baintear amach thart ar 80 faoin gcéad de na hiarratais eolaíocha ar léasair ultrafast le léasair turnkey, a bhfuil meánchumhacht 10 W acu, minicíochtaí bíge idir 1 kHz agus 10 MHz, leithid bíge atá inchoigeartaithe idir 20 fs agus 200 fs, agus tonnfhaid tunable idir 200 nm agus 1,000 nm.
Maidir le léasair femtosecond a dhíríonn ar fheiniméin multiphoton in iarratais eolaíochtaí beatha, is é an fuinneamh cuisle nó buaicchumhacht an fachtóir is tábhachtaí de ghnáth, a dúirt Wolfring. Chun torthaí maithe a fháil, ní mór na paraiméadair seo a choinneáil laistigh de raon áirithe. Má tá an chumhacht ró-íseal, ní fhéadfaidh éifeachtacht an phróisis dhá fhótón a bheith leordhóthanach chun íomhánna micreascópacha a tháirgeadh le codarsnacht mhaith. Má tá na paraiméadair ró-ard, féadfaidh an íomhá micreascóp samplaí fíocháin dóite a thaispeáint.
Go ginearálta, éilíonn iarratais íomháithe multiphoton léasair chun na deicheanna de nanojoules fuinnimh idir 1 agus 100 MHz minicíochtaí cuisle a aschur chun tacú le scanadh íomhá tapa agus damáiste do shamplaí bitheolaíocha a sheachaint.
I bprionsabal, dá giorra an chuisle, is airde an tionchar neamhlíneach, ach is fachtóir tábhachtach é leithead cuisle gearr a chothabháil agus é ag iomadú tríd an gcóras optúil; éiríonn paraiméadair amhail scaipeadh agus éifeachtaí cúitimh tábhachtach.
Conas an idéalach a chothromú le réaltacht?
Ó speictreascópacht go ríomhaireacht fhótóinic, tá léasair ultrafast fós ag aimsiú réimsí nua feidhme.
Éilíonn custaiméirí sna réimsí seo solúbthacht agus tiúnacht óna gcuid léasair, ach níl saolré foinsí ultrafast fós ag teacht le méid an mhargaidh. de réir Florian Emaury, POF Menhir Photonics, is dúshlán ar fiú tabhairt faoi na comhbhabhtáil maidir le táirgí a sheachadadh chuig na margaí atá ag teacht chun cinn.
Caithfidh dearadh na gcóras léasair ultrafast do na margaí seo riachtanais an chustaiméara a chothromú le táirgí insoláthartha réasúnta i dtéarmaí iontaofachta agus monaraíochta. Teastaíonn céimeanna atriallacha le córas láidir turnkey a thógáil - ag tosú le cinneadh a dhéanamh ar na sonraíochtaí íosta is gá don iarratas atá ag teastáil.
Deir Emaury go mbíonn riachtanais an chustaiméara réasúnta i gcónaí maidir lena bhfuil de dhíth orthu, ach is annamh a mheasann custaiméirí cad a theastaíonn uathu i dtéarmaí iontaofachta agus in-atriallachta an chórais a theastaíonn uathu. Tá sé ríthábhachtach costas úinéireachta an léasair a bhreithniú thar na blianta fada.
Dul chun cinn sa todhchaí?
Tá léasair ultrafast ag éirí níos dlúithe, chomh maith le bheith níos éasca le húsáid agus ar phraghas níos iomaíche. Ceadaíonn córais atá bunaithe ar shnáithíní seachadadh bíoma níos solúbtha, rud a cheadaíonn comhtháthú éasca i línte táirgeachta cúnga, córais micreascóp nó timpeallachtaí leighis.
Ligeann lorg coise níos lú freisin léasair ultrafast a shuiteáil i bhfeistí níos lú, mar ailtireachtaí ríomhaireachta fótónacha, áit a ligeann beachtas bíoga ultrashort do mhicreaphróiseálaithe fótóinic ríomhaireachtaí a dhéanamh níos tapúla le níos lú fuinnimh.
Deir Emaury, "Feicimid é seo mar mhargadh a bhfuil éileamh an-ard air, agus tá sé beartaithe againn na céadta mílte, más rud é nach na milliúin, léasair a tháirgeadh in aghaidh na bliana." Ar ndóigh, faoi láthair beidh na léasair seo níos lú ná méid fón póca, ach beidh siad mar chomhpháirt lárnach d'aon ríomhaire ardleibhéil."
Ní mór do léasair atá speisialaithe don ríomhaireacht fhótónach rátaí athrá leibhéal gigahertz a sholáthar agus gach bíog a amú laistigh d'fhuinneog 10fs.
Cé go bhféadfadh paraiméadair chasta a bheith ag teastáil ó mhargaí seo agus margaí eile nach bhfuil indéanta fós le léasair an lae inniu, tá an dul chun cinn atá déanta acu le déanaí ag spreagadh forbairtí nua.
De réir mar a fhorbróidh léasair ultrafast, beidh briseadh mór i leathnú a bhfeidhmchlár mar thoradh ar fheidhmíocht níos láidre agus níos ilúsáide i dtéarmaí ráta athrá, tonnfhad agus fad bíge. Ach is cosúil go bhfuil comhthabhairt agus glacadh de chineál éigin idir an chaoi a dtiomáineann an teicneolaíocht an margadh.
"Léirigh forbairt léasair snáithíní le blianta beaga anuas go soláthraíonn tonnfhaid léasair nua agus leibhéil chumhachta nua, ar féidir iad a bhaint amach trí choincheapa nua cosúil le aimpliú cuisle chirped, brú teicneolaíochta tábhachtach do léasair snáithíní dul isteach sna príomh-mhargaí reatha." A dúirt Wolfring. Aistrithe le www.DeepL.com/Translator (leagan saor in aisce)
