Rozdiely medzi femtosekundovými a pikosekundovými lasermi

Femtosekundové a pikosekundové laserové systémy sú zariadenia ultrakrátkych laserových impulzov používané v presnom obrábaní, liečbe a vedeckom výskume. Ich dĺžky impulzov sa líšia o niekoľko rádov veľkosti, čo vedie k výrazným rozdielom v mechanizmoch interakcie medzi svetlom a materiálmi. V dôsledku toho vykazujú rôzne vlastnosti v kvalite obrábania, kontrole tepelných účinkov a kompatibilite s materiálmi.

1. Porovnanie dĺžky impulzu

Dĺžka impulzu femtosekundového laseru: rádove 10⁻¹⁵ s

Šírka impulzu pikosekundového laseru: rádovo 10⁻¹² s

Čím kratšia je šírka impulzu, tým kratší je čas ukladania energie do materiálu, čo bráni výraznej tepelnej difúzii a vytvára charakteristiku „studeného spracovania“. Femtosekundové lasery ponúkajú vyššiu špičkovú hustotu výkonu a menšiu tepelne ovplyvnenú zónu v rámci ultra-krátkych impulzov.

2. Mechanizmus interakcie svetla s materiálom
2.1 Pikosekundové lasery

Pikosekundové impulzy môžu dosiahnuť fotoionizáciu s vysokým špičkovým výkonom. Prostredníctvom viacfotonovej absorpcie a nelineárnych efektov materiál rýchlo topí a odparuje. Počas obrábania stále existuje určitá tepelne ovplyvnená zóna. Pikosekundové lasery sú vhodné na mikroobrábanie kovov, keramiky a skla.

2.2 Femtosekundové lasery

Femtosekundové impulzy poskytujú vyššiu špičkovú výkon a dokážu dokončiť excitáciu elektrónov a rozbitie väzieb v extrémne krátkom čase, čím vytvárajú netepelný mechanizmus ablácie. Takmer nevzniká roztavená vrstva ani minimálne nečistoty, čo ich robí vhodnými pre materiály citlivé na teplo alebo pre vysokopresné štruktúry, ktoré vyžadujú spracovanie s malým poškodením.

3. Aplikačné oblasti
3.1 Aplikácie pikosekundových laserov

Mikrogravírovanie kovov

Vŕtanie skla a povrchové rytie

Značenie dosiek plošných spojov a obrábanie mikrodiier

Texturovanie povrchu telefónnych karosérií a jemné čistenie

Zariadenia pre dermatológiu v medicíne

Pikosekundové lasery ponúkajú stabilitu v priemyselných výrobných prostrediach a sú vhodné pre úlohy stredného až vysokého presného obrábania.

3.2 Aplikácie femtosekundových laserov

Presné vnútorné gravírovanie optického skla a modifikácia materiálu

Rozrezávanie polovodičových platní a rezanie s nízkym poškodením

Chirurgia rohovky v oftalmológii

Spracovanie polymérov a krehkých materiálov s nízkym tepelným poškodením

Femtosekundové lasery sú vhodné pre vysokorozpočtovú výrobu a vedecký výskum a vyžadujú vyššiu environmentálnu stabilitu.

4. Rozdiely v procesoch

Pikosekundové spracovanie: Materiál vykazuje mikrotavenie so mierne výplnkovými vrstvami, často vyžaduje dodatočné spracovanie; vhodné pre úlohy strednej rýchlosti a strednej presnosti.

Femtosekundové spracovanie: Materiál je priamo ionizovaný a odstránený bez tavania alebo karbonizácie, vytvára hladké okraje; vhodné pre výrobu s vysokou presnosťou a ultra-mikroštruktúr.

5. Zásady výberu zariadení

Nákladovo riadené požiadavky: zvoľte pikosekundové lasery.

Vysoká presnosť a minimálne tepelné účinky: zvoľte femtosekundové lasery.

Mikroobrábanie skla, platníkov a polymérov: uprednostňujú sa femtosekundové lasery.

Gravírovanie kovov, značenie a mikroobrábanie otvorov: pikosekundové lasery ponúkajú lepší poměr cena/výkon.

Femtosekundové lasery poskytujú kratšiu dĺžku impulzu a vyššiu špičkovú moc ako pikosekundové lasery, čo umožňuje spracovanie s takmer nulovým tepelným efektom. Pikosekundové lasery ponúkajú výhody v oblasti nákladov, stability a všeobecných obrábacích schopností. Užívatelia by mali vybrať vhodné zariadenie s ultrakrátkymi impulzmi na základe požiadaviek procesu, úrovne presnosti, vlastností materiálu a rozpočtu.