Rozdíly mezi femtosekundovými a pikosekundovými lasery

Femtosekundové a pikosekundové laserové systémy jsou zařízení s extrémně krátkými pulzy, která se používají v oblasti přesného obrábění, lékařského ošetření a vědeckého výzkumu. Jejich délky pulsů se liší o několik řádů velikosti, což vede k významným rozdílům v mechanismech interakce světla s materiály. V důsledku toho vykazují různé vlastnosti v kvalitě obrábění, kontrole tepelných účinků a kompatibilitě s materiály.

1. Porovnání délky pulzu

Délka pulzu femtosekundového laseru: řádově 10⁻¹⁵ s

Šířka pulsu pikosekundového laseru: řádově 10⁻¹² s

Čím kratší je šířka pulsu, tím kratší je doba vkládání energie do materiálu, čímž se zabrání významnému tepelnému difundování a vytvoří se tak „studené“ zpracování. Femtosekundové lasery nabízejí vyšší hustotu špičkového výkonu a menší tepelně ovlivněnou zónu v rámci rozsahu ultrakrátkých pulsů.

2. Mechanismus interakce světla a materiálu
2.1 Pikosekundové lasery

Pikosekundové pulzy mohou dosáhnout fotoionizace s vysokým špičkovým výkonem. Prostřednictvím vícefotonové absorpce a nelineárních efektů dochází u materiálu k rychlému tavení a odpařování. Při opracování stále existuje určitá tepelně ovlivněná zóna. Pikosekundové lasery jsou vhodné pro mikroobrábění kovů, keramiky a skla.

2.2 Femtosekundové lasery

Femtosekundové pulzy poskytují vyšší špičkový výkon a dokážou dokončit excitaci elektronů a narušení vazeb během extrémně krátké doby, čímž vytvářejí netepelný mechanismus ablace. Téměř nevzniká tavená vrstva ani minimální množství úlomků, což je činí vhodnými pro tepelně citlivé materiály nebo vysokopřesné struktury, které vyžadují zpracování s minimálními poškozeními.

3. Aplikační oblasti
3.1 Aplikace pikosekundových laserů

Mikrogravírování kovů

Vrtání skla a rytí povrchu

Značení desek plošných spojů a obrábění mikroskopických děr

Texturování povrchu telefonních pouzder a jemné čištění

Přístroje pro lékařskou dermatologii

Pikosekundové lasery nabízejí stabilitu v průmyslových výrobních prostředích a jsou vhodné pro střední až vysokou přesnost obráběcích úloh.

3.2 Aplikace femtosekundových laserů

Precizní vnitřní gravírování optického skla a úprava materiálu

Rozřezávání polovodičových waferů a řezání s nízkým poškozením

Oftalmologické operace rohovky

Obrobky polymerů a křehkých materiálů s nízkým tepelným poškozením

Femtosekundové lasery jsou vhodné pro vysokorychlostní výrobu a vědecký výzkum a vyžadují vyšší stabilitu prostředí.

4. Rozdíly v procesech

Pikosekundové zpracování: Materiál vykazuje mikrotavení se slabými vrstvami přetaveniny, často vyžaduje dodatečné zpracování; vhodné pro úkoly střední rychlosti a střední přesnosti.

Femtosekundové zpracování: Materiál je přímo ionizován a odstraněn bez tavení nebo karbonizace, vznikají hladké hrany; vhodné pro výrobu s vysokou přesností a ultra-mikrostruktur.

5. Zásady výběru zařízení

Nákladově řízené požadavky: zvolte pikosekundové lasery.

Vysoká přesnost a minimální tepelné účinky: zvolte femtosekundové lasery.

Mikroobrábění skla, waferů a polymerů: upřednostňujte femtosekundové lasery.

Laserové gravírování, značení a mikro-vrtání kovů: pikosekundové lasery nabízejí lepší poměr ceny a výkonu.

Femtosekundové lasery poskytují kratší délku pulzu a vyšší špičkový výkon než pikosekundové lasery, což umožňuje téměř bezteplotní zpracování. Pikosekundové lasery nabízejí výhody v ceně, stabilitě a univerzálních obrobkových schopnostech. Uživatelé by měli vybrat vhodné zařízení s ultrakrátkými pulzy na základě požadavků procesu, úrovně přesnosti, vlastností materiálu a rozpočtu.