Różnice między laserami femtosekundowymi a laserami pikosekundowymi

Systemy laserowe femtosekundowe i pikosekundowe to urządzenia laserowe o ultrakrótkich impulsach, wykorzystywane w precyzyjnej obróbce, leczeniu medycznym oraz badaniach naukowych. Szerokość ich impulsów różni się o kilka rzędów wielkości, co prowadzi do istotnych różnic w mechanizmach oddziaływania światła na materiały. W rezultacie wykazują one różne cechy pod względem jakości obróbki, kontroli efektów termicznych oraz kompatybilności z materiałami.

1. Porównanie szerokości impulsu

Szerokość impulsu lasera femtosekundowego: rzędu 10⁻¹⁵ s

Szerokość impulsu lasera pikosekundowego: rzędu 10⁻¹² s

Im krótsza szerokość impulsu, tym krótszy czas depozytowania energii w materiale, co zapobiega znaczącej dyfuzji cieplnej i tworzy cechę „przetwarzania zimnego”. Lasery femtosekundowe oferują wyższą gęstość mocy szczytowej i mniejszą strefę oddziaływania termicznego w zakresie ultrakrótkich impulsów.

2. Mechanizm oddziaływania światła na materiał
2.1 Lasery pikosekundowe

Impulsy pikosekundowe mogą osiągnąć fotojonizację o dużej mocy szczytowej. Dzięki absorpcji wielofotonowej i efektom nieliniowym materiał ulega szybkiemu topnieniu i odparowywaniu. Podczas obróbki nadal występuje pewna strefa oddziaływania termicznego. Lasery pikosekundowe są odpowiednie do mikroobróbki metali, ceramiki i szkła.

2.2 Lasery femtosekundowe

Impulsy femtosekundowe zapewniają wyższą moc szczytową i mogą zakończyć wzbudzenie elektronów oraz rozerwanie wiązań w ekstremalnie krótkim czasie, tworząc nietermiczny mechanizm ablacji. Prawie nie powstaje warstwa ciekła i ilość pozostałości jest minimalna, co czyni je odpowiednimi do obróbki materiałów wrażliwych na ciepło lub precyzyjnych struktur wymagających małych uszkodzeń.

3. Wykorzystanie Pole aplikacji
3.1 Zastosowania laserów pikosekundowych

Mikrowytwarzanie metalu

Wiercenie szkła i nanoszenie znaków na powierzchni

Znakowanie płytek PCB i obróbka mikrootworów

Teksturowanie powierzchni obudowy telefonu i delikatne czyszczenie

Medyczne urządzenia dermatologiczne

Laserы pikosekundowe oferują stabilność w przemysłowych środowiskach produkcyjnych i są odpowiednie do zadań obróbki o średniej i wysokiej dokładności.

3.2 Zastosowania laserów femtosekundowych

Precyzyjne wewnętrzne grawerowanie szkła optycznego i modyfikacja materiału

Cięcie płytek półprzewodnikowych i cięcie o niskim stopniu uszkodzeń

Chirurgia rogówki okulistyczna

Obróbka polimerów i materiałów kruchych z niskim stopnium uszkodzeń cieplnych

Lazery femtosekundowe są przeznaczone do wytwarzania wysokiej klasy oraz badań naukowych i wymagają wyższej stabilności warunków środowiskowych.

4. Różnice procesowe

Przetwarzanie pikosekundowe: materiał wykazuje mikrotaplenie ze słabymi warstwami ponownego odlania, często wymagającym obróbki końcowej; odpowiednie do zadań o średniej prędkości i średniej dokładności.

Przetwarzanie femtosekundowe: materiał jest bezpośrednio jonizowany i usuwany bez topnienia lub zwęglenia, co daje gładkie krawędzie; odpowiednie do produkcji o wysokiej precyzji i ultra-mikrostruktur.

5. Zasady doboru urządzeń

Wymagania uzależnione od kosztów: wybierz lasery pikosekundowe.

Wymagania dotyczące wysokiej precyzji i minimalnego wpływu cieplnego: wybierz lasery femtosekundowe.

Mikroobróbka szkła, płytek i polimerów: preferowane są lasery femtosekundowe.

Grawerowanie, znakowanie i mikrowiercenie metali: lasery pikosekundowe oferują lepszy stosunek kosztu do wydajności.

Laser femtosekundowy charakteryzuje się krótszą długością impulsu i wyższą mocą szczytową niż laser pikosekundowy, umożliwiając obróbkę niemal bez efektu termicznego. Lasery pikosekundowe oferują zalety pod względem kosztów, stabilności i uniwersalnych możliwości obróbki. Użytkownicy powinni dobierać odpowiednie urządzenie laserowe o ultrakrótkim impulsie, biorąc pod uwagę wymagania procesowe, poziom dokładności, właściwości materiału oraz budżet.