Differenze tra laser a femtosecondi e laser a picosecondi

I sistemi laser a femtosecondi e i sistemi laser a picosecondi sono dispositivi a impulsi ultracorti utilizzati nella lavorazione di precisione, nei trattamenti medici e nella ricerca scientifica. La loro durata degli impulsi differisce di diversi ordini di grandezza, il che porta a significative differenze nei meccanismi di interazione tra luce e materiali. Di conseguenza, presentano caratteristiche diverse in termini di qualità della lavorazione, controllo dell'effetto termico e compatibilità con i materiali.

1. Confronto della durata degli impulsi

Durata dell'impulso del laser a femtosecondi: dell'ordine di 10⁻¹⁵ s

Durata dell'impulso del laser a picosecondi: dell'ordine di 10⁻¹² s

Più breve è la durata dell'impulso, più breve è il tempo di deposizione dell'energia nel materiale, impedendo una significativa diffusione termica e determinando una caratteristica di "lavorazione a freddo". I laser a femtosecondi offrono una densità di potenza di picco più elevata e una zona interessata dal calore minore all'interno dell'intervallo di impulsi ultracorti.

2. Meccanismo di interazione luce-materiale
2.1 Laser a Picosecondi

Gli impulsi a picosecondi possono raggiungere una fotoionizzazione ad alta potenza di picco. Attraverso l'assorbimento multiphotonico e gli effetti non lineari, il materiale subisce una rapida fusione e vaporizzazione. Durante la lavorazione esiste comunque una certa zona termicamente influenzata. I laser a picosecondi sono adatti per la micro-lavorazione di metalli, ceramiche e vetro.

2.2 Laser a Femtosecondi

Gli impulsi a femtosecondi forniscono una potenza di picco più elevata e possono completare l'eccitazione degli elettroni e la rottura dei legami in un tempo estremamente breve, creando un meccanismo di ablazione non termico. È quasi assente uno strato fuso e i detriti sono minimi, rendendoli adatti a materiali termosensibili o a strutture ad alta precisione che richiedono una lavorazione con bassi danni.

3. Campi di applicazione
3.1 Applicazioni dei Laser a Picosecondi

Micro-incisione su metallo

Foratura del vetro e incisione superficiale

Marcatura PCB e lavorazione di micro-fori

Texture superficiali sui telai dei telefoni e pulizia delicata

Apparecchiature mediche per dermatologia

I laser a femtosecondi offrono stabilità negli ambienti di produzione industriale e sono adatti a lavorazioni di precisione media-alta.

3.2 Applicazioni del laser a femtosecondi

Incisione interna su vetro ottico di precisione e modifica dei materiali

Dicing di wafer semiconduttori e taglio con basso danno

Chirurgia corneale oftalmica

Lavorazione di polimeri e materiali fragili con ridotto danno termico

I laser a femtosecondi sono adatti per la produzione di alta gamma e la ricerca scientifica e richiedono una maggiore stabilità ambientale.

4. Differenze di processo

Lavorazione a picosecondi: il materiale presenta una microfusione con leggeri strati di ricasta, spesso necessita di post-lavorazione; adatto a compiti a velocità media e precisione media.

Lavorazione a femtosecondi: il materiale viene direttamente ionizzato e rimosso senza fusione o carbonizzazione, producendo bordi lisci; adatto alla fabbricazione di alta precisione e di ultra-microstrutture.

5. Principi di selezione dell'attrezzatura

Requisiti guidati dai costi: scegliere i laser a picosecondi.

Requisiti di alta precisione e minimo effetto termico: scegliere i laser a femtosecondi.

Microfabbricazione di vetro, wafer e polimeri: preferire i laser a femtosecondi.

Incisione, marcatura e lavorazione di microfori su metalli: i laser a picosecondi offrono un migliore rapporto costo-prestazioni.

I laser a femtosecondi offrono una durata dell'impulso più breve e una potenza di picco più elevata rispetto ai laser a picosecondi, consentendo una lavorazione quasi priva di effetti termici. I laser a picosecondi offrono vantaggi in termini di costo, stabilità e capacità di lavorazione generica. Gli utenti dovrebbero selezionare l'attrezzatura laser a impulsi ultracorti più adatta in base ai requisiti del processo, al livello di precisione, alle caratteristiche del materiale e al budget.