Различия между фемтосекундными и пикосекундными лазерами

Фемтосекундные и пикосекундные лазерные системы — это лазерные устройства с ультракороткими импульсами, которые используются в прецизионной обработке, медицинском лечении и научных исследованиях. Их длительность импульсов отличается на несколько порядков, что приводит к значительным различиям в механизмах взаимодействия света с материалами. В результате они демонстрируют разные характеристики по качеству обработки, контролю теплового эффекта и совместимости с материалами.

1. Сравнение длительности импульсов

Длительность импульса фемтосекундного лазера: порядка 10⁻¹⁵ с

Длительность импульса пикосекундного лазера: порядка 10⁻¹² с

Чем короче длительность импульса, тем меньше время внесения энергии в материал, что предотвращает значительную теплопроводность и формирует характеристику «холодной обработки». Фемтосекундные лазеры обеспечивают более высокую плотность пиковой мощности и меньшую зону теплового воздействия в диапазоне ультракоротких импульсов.

2. Механизм взаимодействия света с материалом
2.1 Пикосекундные лазеры

Пикосекундные импульсы могут обеспечивать фотоионизацию с высокой пиковой мощностью. За счёт многофотонного поглощения и нелинейных эффектов материал быстро плавится и испаряется. При обработке всё ещё образуется определённая зона теплового воздействия. Пикосекундные лазеры подходят для микропроцессирования металлов, керамики и стекла.

2.2 Фемтосекундные лазеры

Фемтосекундные импульсы обеспечивают более высокую пиковую мощность и способны завершить возбуждение электронов и разрыв химических связей за чрезвычайно короткое время, формируя механизм абляции без теплового воздействия. Почти отсутствует расплавленный слой и минимальное количество остатков, что делает их пригодными для термочувствительных материалов или высокоточных структур, требующих обработки с низким уровнем повреждений.

3. Области применения
3.1 Применение пикосекундных лазеров

Микрогравировка металлов

Сверление стекла и нанесение меток на поверхности

Маркировка печатных плат и обработка микроотверстий

Текстурирование поверхностей корпусов телефонов и бережная очистка

Медицинское дерматологическое оборудование

Лазеры с пикосекундными импульсами обеспечивают стабильность в промышленных производственных условиях и подходят для задач средней и высокой точности обработки.

3.2 Применение фемтосекундных лазеров

Точная внутренняя гравировка оптического стекла и модификация материалов

Резка полупроводниковых пластин и резание с низким уровнем повреждений

Офтальмологическая хирургия роговицы глаза

Обработка полимеров и хрупких материалов с низким тепловым воздействием

Фемтосекундные лазеры подходят для высокотехнологичного производства и научных исследований и требуют более высокой стабильности окружающей среды.

4. Различия в процессах

Обработка пикосекундным лазером: материал проявляет микроплавление со слабо выраженными следами переплавки, зачастую требует дополнительной обработки; подходит для задач средней скорости и средней точности.

Обработка фемтосекундным лазером: материал напрямую ионизируется и удаляется без плавления и обугливания, обеспечивая гладкие края; подходит для изготовления высокоточных и ультрамикроструктур.

5. Принципы выбора оборудования

Ориентированность на стоимость: выбирайте пикосекундные лазеры.

Требования к высокой точности и минимальному тепловому воздействию: выбирайте фемтосекундные лазеры.

Микрообработка стекла, пластин и полимеров: предпочтительны фемтосекундные лазеры.

Гравировка, маркировка и обработка микроотверстий в металлах: пикосекундные лазеры обеспечивают лучшее соотношение цены и качества.

Фемтосекундные лазеры обеспечивают более короткую длительность импульса и более высокую пиковую мощность по сравнению с пикосекундными лазерами, что позволяет осуществлять обработку с почти нулевым тепловым воздействием. Пикосекундные лазеры имеют преимущества в стоимости, стабильности и универсальности обработки. Пользователи должны выбирать соответствующее оборудование на основе ультракоротких импульсов в зависимости от требований к технологическому процессу, уровня точности, характеристик материала и бюджета.