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La diferencia entre el láser de nanosegundos, el láser de femtosegundos y el láser de picosegundos
Jun 21 , 2023Dado que la duración del pulso del láser es menor que el período de conducción del objeto de destino, el láser de pulso ultracorto brinda oportunidades innovadoras de procesamiento de materiales. Implica efectivamente que se puede lograr el procesamiento en frío de las cosas, con la sustancia extraída a través de la sublimación.
Tal enfoque de procesamiento de vaporización tiene beneficios que son imposibles con los procedimientos convencionales. Sin embargo, debido a que estas tecnologías son costosas, las personas deben revisar minuciosamente la selección de láseres y plataformas.
Las tres formas más comunes de tecnología láser son el láser de nanosegundos, el láser de picosegundos y el láser de femtosegundos. Cada uno tiene varios usos y beneficios en la tecnología láser. Este artículo analizará los tres tipos de láseres y cómo funcionan.
Los láseres de nanosegundos, a menudo conocidos como nanoláseres, son el tipo más frecuente de láseres pulsados de conmutación q. La utilización de un obturador de mayor velocidad insertado en la cavidad óptica para mejorar brevemente el desperdicio de la cavidad hasta que el estado metaestable de la sustancia de ganancia esté completamente saturado se conoce como conmutación Q.
Cuando se enciende el interruptor, todos los rayos láser se descargan simultáneamente. El período de agotamiento de muchas sustancias de amplificación láser está en el rango de longitud de onda de varios nanosegundos (10-9 s), lo que lleva a la creación de pulsos láser de nanosegundos.
Numerosas operaciones necesitan propiedades ópticas de un rayo láser que tenga una duración de pulso en el rango de nanosegundos, como la ablación láser de materiales, la microscopía electrónica de barrido, la medición de distancias y las imágenes satelitales. Se producen con láseres en muchas situaciones a través del modo Q-Switched o Gain-Switched.
Los Q-switched pueden generar energía láser masiva, como muchos milijulios de pequeños láseres de estado sólido y muchos julios de máquinas más grandes. Según los parámetros de diseño, la salida puede ocurrir en un estado longitudinal específico del láser resonante, lo que da como resultado un ancho de línea extremadamente pequeño.
El láser de nanosegundos con conmutación de ganancia puede producir pulsos de nanosegundos a niveles de energía de pulso considerablemente más bajos. La fuerza máxima en los láseres de semiconductores se restringe con frecuencia al rango de 1 W.
Una de varias ventajas significativas es el alto grado de flexibilidad para alterar mecánicamente tanto las altas tasas de repetición como la duración del pulso láser y mantener estable la duración del pulso láser. Por el contrario, las altas tasas de repetición se ajustan a través de una amplia variedad. Además, dichos sistemas se pueden fabricar a un precio más bajo.
El láser de nanosegundos se produce en muchas longitudes de onda diferentes, desde ultravioleta hasta infrarrojo, energía de pulso que varía de nJ a J y altas tasas de repetición que van desde Hz a MHz debido al amplio espectro de técnicas y materiales de ganancia. La salida máxima sustancial de estos láseres y la duración del pulso láser los hacen útiles para diversos usos, como LIBS, ablación láser de nanosegundos, identificación láser y marcado.
Los láseres de picosegundo generan pulsos de láser óptico con duraciones de pulso que van desde uno (10-12 s) hasta decenas de picosegundos. En consecuencia, se encuadra dentro de los pulsos láser ultrarrápidos o ultracortos.
Los generadores específicos basados en láser de longitudes de onda y pulsos láser de picosegundos, como los OPO de bombeo continuo, a menudo se denominan láseres de picosegundos, aunque técnicamente no son láseres de picosegundos.
Varios sistemas láser pueden generar pulsos láser de picosegundos, con varios otros parámetros de eficiencia láser que varían ampliamente. Se pueden utilizar en varios usos, incluida la ablación láser de materiales, aplicaciones medicinales, bombeo OPO, etc.
Un láser de femtosegundo genera pulsos ópticos con duraciones de pulso láser muy por debajo de 1 picosegundo en la región de femtosegundos (10-15 s). Por lo tanto, se clasifica como un láser de pulso ultrarrápido o ultracorto.
El método de bloqueo de modo latente se usa casi típicamente para generar estos breves pulsos de láser de femtosegundos. Como resultado, se producen patrones de pulso con energía de pulso significativa y frecuencias de repetición en el rango de frecuencia de MHz o GHz.
Formado con la potencia de salida media restringida, da como resultado una energía de pulso relativamente corta, frecuentemente en el rango de nanojulios. El uso de un dispositivo de amplificación óptica que contribuye a un láser de femtosegundo permite una energía de pulso mucho más grande a una frecuencia de repetición menor, generalmente de una magnitud varias veces mayor.
El micromecanizado láser y la ablación láser se han intentado durante mucho tiempo. La ablación con láser es la técnica de eliminación de material de una región irradiada utilizando una luz láser enfocada en la superficie del material. Varias aplicaciones tecnológicas han explorado y empleado el proceso de ablación con láser.
Sin embargo, los materiales se disuelven y evaporan constantemente debido al ancho de pulso más largo del láser y la potencia de menor eficiencia. Aunque los pulsos de láser pueden enfocarse en un área limitada, el efecto del calor sobre la sustancia sigue siendo significativo, lo que limita la precisión del corte.
La única forma de aumentar la calidad del procesamiento es reducir la zona afectada por el calor. El rendimiento operativo cambia drásticamente cuando un pulso láser de picosegundos de duración golpea una sustancia. La alta potencia del láser generada por el aumento abrupto de la energía del pulso es suficiente para arrancar los electrones de la capa exterior.
Dado que el período de contacto entre los pulsos láser y el material base es tan breve, los iones se eliminan de manera eficiente con la ablación láser de la superficie de la muestra antes de transmitir la energía del pulso láser a la superficie circundante, lo que genera un efecto térmico insignificante en el metal subyacente. Por eso, también se denomina "trabajo en frío". Los pulsos de nanosegundos, los pulsos de láser de femtosegundos y los láseres de picosegundos han penetrado en la producción y el uso industrial debido a los beneficios del trabajo en frío.
La potencia generadora de pulsos láser ultracortos se alimenta rápidamente a una región de actividad limitada. La aplicación inmediata de alta densidad de potencia modifica la recepción y la movilidad de los electrones, elimina las consecuencias de la absorción directa del láser, el movimiento de la energía del pulso y la difusión, y modifica significativamente el mecanismo de reacción láser-materia.
Después del centrado, un rayo láser de mayor energía irradia el sustrato del material. Es básicamente un mecanismo de procesamiento térmico, pero el proceso es más efectivo debido al corto período de respuesta, generalmente dentro de varios nanosegundos. Como resultado, se limita la zona afectada por el calor y se garantizan el impacto y la velocidad inducidos por el láser.
Los láseres de picosegundos y femtosegundos que tienen duraciones de pulso láser reducidas tienen ventajas significativas en el sector de la ablación láser y ahora se denominan técnicas de ablación láser ultrarrápidas de mayor precisión. Debido a que el láser de picosegundos tiene una duración de pulso de láser ultracorta y el período de reacción de una sola frecuencia es de solo unos pocos picosegundos, su carga térmica es muy modesta, si no inexistente.
A diferencia del micromaquinado láser de nanosegundos, el láser de picosegundos no vuelve a trabajar los materiales durante todo el proceso. El procedimiento es más fluido y el consumo de energía del láser depende menos de la sustancia o la longitud de onda. Simultáneamente, se reduce la duración de la operación, se aumenta la precisión y se aumenta la potencia de procesamiento.
El proceso de láser de picosegundos supera al láser de nanosegundos en términos de eficiencia y rapidez de procesamiento. El láser de picosegundos incluso tiene un enorme campo de aplicación potencial. Además, el láser de nanosegundos continúa dominando el importante negocio de procesamiento y ablación láser. El costo masivo de los dispositivos de corte por láser de picosegundos es la causa.
El láser de picosegundos y femtosegundos será el enfoque clave. Estos láseres se especializan en trabajar con materiales con espesores tan delgados como 0,01 pulgadas (250 micras). Las sustancias más densas se pueden tratar, pero los compradores deben considerar cuidadosamente el tiempo de procesamiento. Las variaciones operativas entre el láser de picosegundos y femtosegundos pueden ser menores en algunos casos y evidentes en otros.
La distinción es leve cuando se utiliza para tratar metales. El láser de femtosegundo no tiene bordes superiores ásperos, detalles significativamente más específicos y menor irregularidad de la superficie. El láser de femtosegundo también puede funcionar con una variedad más amplia de polímeros. Los láseres de picosegundo generalmente necesitan un espectro verde o UV para tratar los polímeros de manera eficiente.
El contraste entre el rendimiento del láser de picosegundos y femtosegundos se compara con el material. Un láser de femtosegundo es una opción aparente cuando solo se requiere la más alta calidad. Los láseres de picosegundo, por otro lado, tienden a procesar más rápido.
Hay varias opciones de longitud de onda de láser pulsado de alta energía ultracorta, y algunas funcionan mejor para materiales específicos. Los láseres de picosegundo y femtosegundo incluyen opciones de espectro infrarrojo, verde y ultravioleta. Diferentes longitudes de onda funcionan bien para otras sustancias, que las personas a veces pueden elegir según el área de las características y ventajas necesarias.
El área de punto de enfoque más baja posible es proporcional a la longitud de onda. En consecuencia, siempre que todas las demás variables permanezcan constantes, un láser UV se concentrará en un área de superficie de un tercio del tamaño de un láser IR. Cada láser de femtosegundo y picosegundo puede proporcionar numerosas longitudes de onda desde el mismo dispositivo láser.
Para el láser de femtosegundo, el propósito y el razonamiento de varias longitudes de onda adecuadas para metales específicos son menos evidentes. Varios expertos asumieron primero que con una duración de pulso tan pequeña, la dependencia de absorción convencional de la longitud de onda ya no podría ocurrir y que el proceso de absorción de múltiples fotones se haría cargo.
No se ha demostrado para polímeros específicos, como los catéteres de polímero. Los pulsos de láser de femtosegundos no solo mejoran el rendimiento del procesamiento y la tasa de precisión de corte de materiales, sino que también tienen un área de procesamiento y un umbral de ablación más amplios que los infrarrojos. El espectro verde puede brindar un sistema más estable para cortar detalles pequeños o ciegos en polímeros, incluso en la escala de micrones de precisión.
La incorporación de producción de pulsos de láser de femtosegundos y la capacidad de dichos láseres para operar materiales con precisión dimensional mejorada es su atributo distintivo. Como resultado, el criterio de diseño inicial es que se admita ese grado de precisión.
Sin embargo, incluso la tecnología más poderosa del planeta no ofrecerá un sistema confiable si el entorno en el que se encuentra la máquina es inestable, particularmente en términos de variación de temperatura. Las variaciones de temperatura de más de varios grados darán lugar a problemas con los ajustes y las fases y con la precisión de puntería del láser y la eliminación precisa. Como resultado, el equipo debe mantenerse en un ambiente climatizado y con aire acondicionado.
La prueba de piezas es la única forma de identificar el láser ideal para la operación. Algunas empresas solían realizar experimentos con láseres de nanosegundos, picosegundos y femtosegundos y diferentes energías de fotones para todos los láseres para especificar el propósito y el equipo.
RFH Laser es un conocido proveedor de marcas de láser en China.
RFH 5W Nanosecond Pulse uv Láser de grabado profundo en madera
Para satisfacer la demanda del mercado, RFH desarrolló recientemente el láser UV de la serie S9. En comparación con sus tipos, el láser UV de la serie S9 presenta una cavidad sellada resistente, tamaño extremadamente compacto, simple y robusto, alta estabilidad, alta eficiencia, alta confiabilidad y excelente calidad de rayo láser. Su diseño compacto sugiere que no es necesario construir una gran trayectoria de luz, que reduce en gran medida el espacio y el costo y facilita la instalación en máquinas de marcado láser UV . Además, la estructura de la cavidad de la serie S9 es más estable y tiene una escalabilidad más excelente, lo que significa que la misma cavidad del láser puede producir láseres de múltiples potencias, y la estabilidad de los diferentes rangos de potencia mejora considerablemente.
