Différences entre les lasers femtoseconde et les lasers picoseconde

Les systèmes de laser femtoseconde et les systèmes de laser picoseconde sont des dispositifs laser à impulsions ultracourtes utilisés dans l'usinage de précision, le traitement médical et la recherche scientifique. Leurs durées d'impulsion diffèrent de plusieurs ordres de grandeur, ce qui entraîne des différences significatives dans les mécanismes d'interaction entre la lumière et les matériaux. Par conséquent, ils présentent des caractéristiques différentes en termes de qualité d'usinage, de contrôle des effets thermiques et de compatibilité avec les matériaux.

1. Comparaison des durées d'impulsion

Durée d'impulsion du laser femtoseconde : de l'ordre de 10⁻¹⁵ s

Durée d'impulsion du laser picoseconde : de l'ordre de 10⁻¹² s

Plus la durée d'impulsion est courte, plus le temps de dépôt d'énergie dans le matériau est réduit, empêchant ainsi une diffusion thermique importante et conférant une caractéristique de « traitement à froid ». Les lasers femtoseconde offrent une densité de puissance crête plus élevée et une zone affectée thermiquement plus faible dans la gamme des impulsions ultracourtes.

2. Mécanisme d'interaction lumière-matière
2.1 Lasers à picosecondes

Les impulsions picoseconde peuvent atteindre une photoionisation de haute puissance crête. Grâce à l'absorption multiphotonique et aux effets non linéaires, le matériau subit une fusion et une vaporisation rapides. Une certaine zone affectée thermiquement existe encore pendant l'usinage. Les lasers à picoseconde conviennent à l'usinage micro-métrique des métaux, des céramiques et du verre.

2.2 Lasers à femtosecondes

Les impulsions femtoseconde offrent une puissance crête plus élevée et peuvent réaliser l'excitation des électrons et la rupture des liaisons en un temps extrêmement court, créant ainsi un mécanisme d'ablation non thermique. Il existe presque aucune couche fondue et très peu de débris, ce qui les rend adaptés aux matériaux sensibles à la chaleur ou aux structures de haute précision nécessitant un usinage à faible dommage.

3. Domaines d'application
3.1 Applications des lasers à picosecondes

Gravure micro-métrique sur métaux

Perçage du verre et marquage de surface

Marquage de circuits imprimés et usinage de micro-trous

Texturation de surface des boîtiers de téléphone et nettoyage en douceur

Équipements médicaux de dermatologie

Les lasers picoseconde offrent une stabilité dans les environnements de production industrielle et conviennent aux tâches d'usinage de précision moyenne à élevée.

3.2 Applications des lasers femtoseconde

Gravure interne de verre optique de précision et modification de matériaux

Découpage de plaquettes de semi-conducteurs et découpe à faible dommage

Chirurgie ophtalmique de la cornée

Usinage de polymères et de matériaux fragiles avec faible dégagement thermique

Les lasers femtoseconde sont adaptés à la fabrication haut de gamme et à la recherche scientifique et exigent une stabilité environnementale plus élevée.

4. Différences de procédé

Procédé picoseconde : le matériau présente une micro-fusion avec de fines couches de reprise, nécessitant souvent un post-traitement ; adapté aux tâches à vitesse et précision moyennes.

Procédé femtoseconde : le matériau est directement ionisé et éliminé sans fusion ni carbonisation, produisant des bords lisses ; adapté à la fabrication de haute précision et de microstructures ultrafines.

5. Principes de sélection des équipements

Exigences liées aux coûts : choisir les lasers à picosecondes.

Exigences de haute précision et d'effet thermique minimal : choisir les lasers à femtosecondes.

Microfabrication du verre, des plaquettes et des polymères : préférer les lasers à femtosecondes.

Gravure, marquage et usinage de micro-trous dans les métaux : les lasers à picosecondes offrent un meilleur rapport coût-performance.

Les lasers à femtosecondes offrent une durée d'impulsion plus courte et une puissance crête plus élevée que les lasers à picosecondes, permettant un traitement quasi exempt d'effets thermiques. Les lasers à picosecondes présentent des avantages en termes de coût, de stabilité et de capacités d'usinage polyvalentes. Les utilisateurs doivent sélectionner l'équipement laser à impulsions ultracourtes approprié en fonction des exigences du procédé, du niveau de précision, des caractéristiques des matériaux et du budget.