تفاوت‌های بین لیزر فمتونانی و لیزر پیکونانی

سیستم‌های لیزر فمتوثانیه و سیستم‌های لیزر پیکوثانیه دستگاه‌های لیزری پالس فوق کوتاهی هستند که در ماشین‌کاری دقیق، درمان پزشکی و تحقیقات علمی استفاده می‌شوند. عرض پالس آن‌ها چندین مرتبه بزرگی با یکدیگر تفاوت دارد که منجر به تفاوت‌های قابل توجهی در مکانیسم‌های برهمکنش نور و مواد می‌شود. در نتیجه، این دو سیستم در کیفیت ماشین‌کاری، کنترل اثرات حرارتی و سازگاری با مواد، ویژگی‌های متفاوتی از خود نشان می‌دهند.

1. مقایسه عرض پالس

عرض پالس لیزر فمتوثانیه: از مرتبه 10⁻¹⁵ ثانیه

عرض پالس لیزر پیکوثانیه: از مرتبه 10⁻¹² ثانیه

هرچه عرض پالس کوتاه‌تر باشد، زمان رسوب انرژی در ماده کوتاه‌تر می‌شود و از انتشار حرارتی قابل توجه جلوگیری کرده و ویژگی «پردازش سرد» ایجاد می‌شود. لیزرهای فمتونانو ثانیه تراکم توان بیشتری و منطقه تحت تأثیر حرارتی کمتری در محدوده پالس فوق کوتاه دارند.

2. مکانیسم برهمکنش نور و ماده
2.1 لیزرهای پیکونانوثانیه

پالس‌های پیکونانوثانیه می‌توانند یونیزاسیون فتوالکتریک با توان پیک بالا را به دست آورند. از طریق جذب چندفوتونی و اثرات غیرخطی، ماده به سرعت ذوب و تبخیر می‌شود. هنوز هم منطقه تحت تأثیر حرارتی مشخصی در حین ماشین‌کاری وجود دارد. لیزرهای پیکونانوثانیه برای ماشین‌کاری میکرومتری فلزات، سرامیک‌ها و شیشه مناسب هستند.

2.2 لیزرهای فمتونانوثانیه

پالس‌های فمتونانو ثانیه توان بیشینه بالاتری فراهم می‌کنند و قادرند برانگیختگی الکترون و شکستن پیوندها را در زمان بسیار کوتاهی انجام دهند و بدین ترتیب مکانیسم آبلیشن غیرحرارتی ایجاد شود. این روش تقریباً هیچ لایه ذوب‌شده و حداقل ذرات پسماند تولید می‌کند و بنابراین برای مواد حساس به حرارت یا ساختارهای با دقت بالا که نیازمند ماشین‌کاری کم‌آسیب هستند، مناسب است.

3. زمینه‌های کاربرد
3.1 کاربردهای لیزر پیکونانوثانیه

حکاکی میکروی فلزات

سوراخ‌کاری شیشه و خراش روی سطح

علامت‌گذاری برد مدار چاپی (PCB) و ماشین‌کاری میکروسوراخ

بافت‌دهی سطحی پوسته تلفن و تمیزکاری ملایم

تجهیزات پوست‌درمانی پزشکی

لیزرهای پیکونانوثانیه در محیط‌های تولید صنعتی پایداری دارند و برای وظایف ماشین‌کاری با دقت متوسط تا بالا مناسب هستند.

3.2 کاربردهای لیزر فمتونانوثانیه

حکاکی داخلی شیشه‌های دقیق و اصلاح مواد

بریدن ویفر نیمهرسانا و برش کم‌آسیب

جراحی قرنیه چشم‌پزشکی

ماشین‌کاری پلیمرها و مواد شکننده با کمترین آسیب حرارتی

لیزر فمت ثانیه برای تولیدات پیشرفته و تحقیقات علمی مناسب است و به پایداری محیطی بالاتری نیاز دارد.

4. تفاوت‌های فرآیند

پردازش پیکو ثانیه: ماده دارای ذوب خرد با لایه‌های ریخته‌گری جزئی است که اغلب نیازمند پردازش پس از آن است؛ مناسب برای کارهای با سرعت و دقت متوسط.

پردازش فمت ثانیه: ماده به‌صورت مستقیم یونیزه شده و بدون ذوب یا کربنیزه شدن حذف می‌شود و لبه‌های صاف تولید می‌کند؛ مناسب برای ساختارهای دقیق و فوق‌العاده ریز.

5. اصول انتخاب تجهیزات

نیازهای مبتنی بر هزینه: لیزرهای پیکو ثانیه را انتخاب کنید.

نیازهای دقت بالا و اثرات حرارتی حداقل: لیزرهای فمت ثانیه را انتخاب کنید.

ریزساخت شیشه، ویفرها و پلیمرها: لیزرهای فمتوثانیه ترجیح داده می‌شوند.

حکاکی، علامت‌گذاری و ماشین‌کاری ریزسوراخ در فلزات: لیزرهای پیکوثانیه عملکرد بهتری از نظر هزینه و کارایی ارائه می‌دهند.

لیزرهای فمتوثانیه نسبت به لیزرهای پیکوثانیه دارای مدت زمان پالس کوتاه‌تر و توان پیک بالاتری هستند و امکان پردازش تقریباً بدون اثر گرمایی را فراهم می‌کنند. لیزرهای پیکوثانیه از نظر هزینه، پایداری و قابلیت‌های ماشین‌کاری عمومی مزایایی دارند. کاربران باید بر اساس نیازهای فرآیند، سطح دقت، مشخصات مواد و بودجه، تجهیزات لیزر پالس فوق کوتاه مناسب را انتخاب کنند.