În istoria științei și tehnologiei umane, nașterea tehnologiei laser poate fi numită o revoluție în interacțiunea dintre lumină și materie. De la Einstein care a propus teoria radiațiilor stimulate în 1917 până la Maiman care a dezvoltat primul laser rubin în 1960, această tehnologie a pătruns în diverse domenii precum industrie, asistență medicală, comunicații și armată în doar o jumătate de secol, devenind principala forță motrice pentru dezvoltarea societății moderne. Fiind o tehnologie emblematică în domeniul optoelectronicii, laserele nu numai că redefinesc limitele aplicațiilor „luminii”, dar prezintă și un potențial nelimitat în domenii-de vârf, cum ar fi producția inteligentă, științele vieții și explorarea spațiului.
PARTEA 01
Natura laserului
Esența laserului este amplificarea luminii radiației stimulate (LASER). Pe baza teoriei cuantice a lui Einstein, prin efectul sinergic al mediilor activate (cum ar fi gazul, cristalul), sursa pompei (injecția de energie) și cavitatea rezonantă optică, numărul particulelor este inversat și amplificat. Fotonii fiși formează un fascicul extrem de coerent (consecventă în fază, frecvență și direcție), extrem de monocromatic (spectru îngust), directivitate excelentă (unghi de divergență mic) și fascicul extrem de luminos, oferind suport principal pentru sursa de lumină pentru tehnologia modernă, cum ar fi comunicațiile, producția, medicina și alte domenii. Natura laserului îl face singura sursă de lumină care poate îndeplini cerințele de înaltă precizie, energie ridicată și controlabilitate ridicată în același timp. Oferă fundamentul fizic pentru comunicarea cu fibră optică (purtător optic), fabricarea de precizie (cuțit ușor), chirurgia medicală (tratament non-invaziv), tehnologia cuantică (sursă cu un singur foton) și detectarea undelor gravitaționale (interferometru), etc., schimbând complet tehnologia modernă și structura industrială.
PARTEA 02
Aplicarea laserului în domeniul comunicațiilor
Avantajul principal al tehnologiei laser constă în caracteristicile sale „de patru înalte”: directivitate ridicată (unghiul de divergență al fasciculului este de numai miliradiani), monocromaticitate ridicată (puritatea lungimii de undă ajunge la 10^-6 nanometri), luminozitate ridicată (de zeci de miliarde de ori strălucirea luminii solare) și coerență ridicată (unitatea perfectă a coerenței spațiale și temporale). Aceste caracteristici au dus la apariția a trei ramuri tehnice majore în domeniul optoelectronicii.
Primul este optoelectronica informațională, „canalul vitezei luminii” pentru torrent de date, al doilea este optoelectronica bio-: „antena luminii” a științelor vieții, iar al treilea este optoelectronica energetică: „lama luminii” pentru un control precis. Mai jos vă prezentăm în principal acest „cuțit ușor”-facut cu precizie.
În calitate de purtător de energie, laserul poate obține o prelucrare de precizie a materialelor la nivel de microni{0}}. În producția industrială, acesta subminează modelul tradițional de procesare mecanică, cu avantajele sale, cum ar fi procesarea fără-contact și zona afectată de căldură-mică. Și este mai adaptabil la cerințele mai mari ale noilor materiale pentru fabricarea de precizie.
PARTEA 03
Avantajele prelucrării cu laser
„Cuțitul ușor” cu laser remodelează paradigma de producție a industriei moderne cu avantajele sale de înaltă precizie, eficiență ridicată și adaptabilitate ridicată:
În prelucrarea materialelor super-duri, laserul topește sau vaporizează direct materialul prin focalizarea unui fascicul cu densitate-energie-înaltă (diametrul spotului poate fi de până la 10 μm), realizând o prelucrare fără-contact și evitând fisurile sau deformarea cauzate de solicitarea mecanică. La prelucrarea materialelor noi, atunci când se confruntă cu materiale fragile, prelucrarea mecanică tradițională poate provoca cu ușurință micro fisuri. Tăierea cu laser poate controla densitatea puterii laserului controlând densitatea puterii laserului (104-10 grade W/cm²) și viteza de scanare (20-80mm/s), realizând o tăiere fără așchii cu o precizie a deschiderii de ±2μm.
Pentru prelucrarea cu laser a materialelor semiconductoare (cum ar fi plachetele de siliciu), laserul femtosecunde este utilizat pentru a forma un strat modificat în interiorul plachetei, iar gravarea chimică de legare permite tăierea fără așchii-cu pierderi de tăiere de până la 5μm, susținând dezvoltarea miniaturizării circuitelor integrate.
