Sự khác biệt giữa laser femtosecond và laser picosecond

Các hệ thống laser femtosecond và các hệ thống laser picosecond là các thiết bị laser xung cực ngắn được sử dụng trong gia công chính xác, điều trị y tế và nghiên cứu khoa học. Độ rộng xung của chúng khác nhau vài bậc độ lớn, dẫn đến sự khác biệt đáng kể về cơ chế tương tác giữa ánh sáng và vật liệu. Do đó, chúng thể hiện những đặc điểm khác nhau về chất lượng gia công, kiểm soát hiệu ứng nhiệt và khả năng tương thích với vật liệu.

1. So sánh độ rộng xung

Độ rộng xung laser femtosecond: cỡ 10⁻¹⁵ s

Độ rộng xung laser picosecond: cỡ 10⁻¹² s

Độ rộng xung càng ngắn thì thời gian tích tụ năng lượng trong vật liệu càng ngắn, ngăn chặn sự khuếch tán nhiệt đáng kể và tạo nên đặc tính 'gia công lạnh'. Laser femtosecond cung cấp mật độ công suất đỉnh cao hơn và vùng ảnh hưởng nhiệt thấp hơn trong dải xung cực ngắn.

2. Cơ chế tương tác giữa ánh sáng và vật liệu
2.1 Laser Picosecond

Xung picosecond có thể đạt được công suất đỉnh cao để thực hiện ion hóa quang học. Thông qua hấp thụ đa photon và các hiệu ứng phi tuyến, vật liệu trải qua quá trình nóng chảy và bay hơi nhanh chóng. Vẫn tồn tại một vùng bị ảnh hưởng nhiệt nhất định trong quá trình gia công. Laser picosecond phù hợp với gia công vi mô kim loại, gốm và thủy tinh.

2.2 Laser Femtosecond

Xung femtosecond cung cấp công suất đỉnh cao hơn và có thể hoàn thành việc kích thích electron và phá vỡ liên kết trong thời gian cực ngắn, tạo thành cơ chế bóc tách không nhiệt. Gần như không có lớp vật liệu nóng chảy và ít mảnh vụn tối thiểu, làm cho chúng phù hợp với các vật liệu nhạy cảm với nhiệt hoặc các cấu trúc độ chính xác cao yêu cầu gia công ít hư hại.

3. Lĩnh vực ứng dụng
3.1 Ứng dụng của laser picosecond

Khắc vi mô kim loại

Khoan thủy tinh và khắc bề mặt

Đánh dấu PCB và gia công lỗ vi mô

Tạo vân bề mặt vỏ điện thoại và làm sạch nhẹ nhàng

Thiết bị da liễu y tế

Các laser picosecond mang lại độ ổn định trong môi trường sản xuất công nghiệp và phù hợp với các nhiệm vụ gia công độ chính xác trung bình đến cao.

3.2 Ứng dụng laser femtosecond

Khắc nội bộ kính quang học chính xác và sửa đổi vật liệu

Cắt đĩa bán dẫn và cắt với độ tổn thương thấp

Phẫu thuật giác mạc nhãn khoa

Gia công polymer và vật liệu giòn với độ tổn thương nhiệt thấp

Laser femtosecond phù hợp với sản xuất cao cấp và nghiên cứu khoa học, đồng thời yêu cầu độ ổn định môi trường cao hơn.

4. Sự khác biệt về quy trình

Xử lý picosecond: Vật liệu xuất hiện hiện tượng nóng chảy vi mô với các lớp tái lắng đọng nhẹ, thường yêu cầu xử lý sau; phù hợp với các nhiệm vụ tốc độ trung bình, độ chính xác trung bình.

Xử lý femtosecond: Vật liệu bị ion hóa trực tiếp và loại bỏ mà không nóng chảy hay hóa than, tạo ra các cạnh nhẵn; phù hợp với gia công độ chính xác cao và cấu trúc siêu nhỏ.

5. Nguyên tắc lựa chọn thiết bị

Yêu cầu dựa trên chi phí: chọn laser picosecond.

Yêu cầu độ chính xác cao và hiệu ứng nhiệt tối thiểu: chọn laser femtosecond.

Gia công vi mô kính, đĩa bán dẫn và polymer: ưu tiên laser femtosecond.

Khắc kim loại, đánh dấu và gia công lỗ vi mô: laser picosecond mang lại hiệu quả tốt hơn về mặt chi phí.

Laser femtosecond có thời gian xung ngắn hơn và công suất đỉnh cao hơn so với laser picosecond, cho phép xử lý gần như không có hiệu ứng nhiệt. Laser picosecond có lợi thế về chi phí, độ ổn định và khả năng gia công đa dụng. Người dùng nên chọn thiết bị laser xung cực ngắn phù hợp dựa trên yêu cầu quy trình, cấp độ chính xác, đặc tính vật liệu và ngân sách.