Різниця між фемтосекундними та пікосекундними лазерами

Фемтосекундні та пікосекундні лазерні системи — це пристрої з надкоротким імпульсом, які використовуються в прецизійній обробці, медичному лікуванні та наукових дослідженнях. Їхня тривалість імпульсу відрізняється на кілька порядків, що призводить до значних відмінностей у механізмах взаємодії світла з матеріалами. Як наслідок, вони мають різні характеристики щодо якості обробки, контролю теплового ефекту та сумісності з матеріалами.

1. Порівняння тривалості імпульсу

Тривалість імпульсу фемтосекундного лазера: порядку 10⁻¹⁵ с

Тривалість імпульсу пікосекундного лазера: порядку 10⁻¹² с

Чим коротший імпульс, тим менший час внесення енергії в матеріал, що запобігає значній тепловій дифузії і формує характеристику «холодної обробки». Фемтосекундні лазери забезпечують вищу густину пікової потужності та меншу зону теплового впливу в діапазоні надкоротких імпульсів.

2. Механізм взаємодії світла з матеріалом
2.1 Пікосекундні лазери

Пікосекундні імпульси можуть забезпечити фотоіонізацію з високим піковим потужністю. Шляхом багатофотонного поглинання та нелінійних ефектів матеріал швидко плавиться й випаровується. Під час обробки все ще існує певна зона теплового впливу. Пікосекундні лазери придатні для мікрообробки металів, кераміки та скла.

2.2 Фемтосекундні лазери

Фемтосекундні імпульси забезпечують ще вищу пікову потужність і можуть завершити збудження електронів і розрив хімічних зв'язків за надзвичайно короткий час, формуючи механізм абляції без нагріву. Майже відсутній розплавлений шар і мінімальна кількість відходів, що робить їх придатними для термочутливих матеріалів або високоточних структур, які потребують обробки з мінімальними пошкодженнями.

3. Сфери застосування
3.1 Застосування пікосекундних лазерів

Мікрогравірування металів

Свердління скла та нанесення поверхневих риск

Маркування друкованих плат і обробка мікродірок

Текстурування поверхні корпусів телефонів та обережне очищення

Медичне дерматологічне обладнання

Лазери пікосекундного діапазону забезпечують стабільність у промислових умовах виробництва та придатні для завдань середньої та високої точності обробки.

3.2 Застосування фемтосекундних лазерів

Преційне внутрішнє гравіювання оптичного скла та модифікація матеріалів

Розрізання напівпровідникових пластин та різання з мінімальним пошкодженням

Офтальмологічна операція на рогівці

Обробка полімерів і крихких матеріалів з мінімальним тепловим ушкодженням

Фемтосекундні лазери призначені для високоточного виробництва та наукових досліджень і вимагають вищої стабільності навколишнього середовища.

4. Відмінності процесів

Обробка пікосекундним лазером: матеріал демонструє мікроплавлення з незначними шарами повторного затвердіння, що часто потребує додаткової обробки; підходить для завдань середньої швидкості та середньої точності.

Обробка фемтосекундним лазером: матеріал безпосередньо іонізується та видаляється без плавлення чи утворення вуглецевих відкладень, забезпечуючи гладкі краї; підходить для виготовлення високоточних та ультрамікроструктур.

5. Принципи вибору обладнання

Вимоги, пов'язані з вартістю: оберіть пікосекундні лазери.

Висока точність і мінімальний термічний ефект: оберіть фемтосекундні лазери.

Мікрообробка скла, пластин і полімерів: краще використовувати фемтосекундні лазери.

Гравірування, маркування металів і обробка мікродірок: пікосекундні лазери забезпечують кращі співвідношення вартості та продуктивності.

Фемтосекундні лазери мають меншу тривалість імпульсу та більшу пікову потужність порівняно з пікосекундними лазерами, що дозволяє майже повністю уникнути термічного ефекту під час обробки. Пікосекундні лазери мають переваги у вартості, стабільності та універсальних можливостях обробки. Користувачам слід вибирати відповідне ультракороткохвильове лазерне обладнання залежно від вимог технологічного процесу, рівня точності, характеристик матеріалу та бюджету.