I den mänskliga vetenskapens och teknikens historia kan laserteknikens födelse kallas en revolution i samspelet mellan ljus och materia. Från att Einstein föreslog teorin om stimulerad strålning 1917 till att Maiman utvecklade den första rubinlasern 1960, trängde denna teknik in i olika områden som industri, sjukvård, kommunikation och militär på bara ett halvt sekel, och blev den centrala drivkraften för utvecklingen av det moderna samhället. Som en ikonisk teknik inom optoelektronikområdet omdefinierar lasrar inte bara applikationsgränserna för "ljus", utan visar också obegränsad potential inom banbrytande-områden som intelligent tillverkning, biovetenskap och rymdutforskning.
DEL 01
Laserns natur
Kärnan i laser är ljusförstärkning av stimulerad strålning (LASER). Baserat på Einsteins kvantteori, genom den synergistiska effekten av aktiverade medier (som gas, kristall), pumpkälla (energiinjektion) och optisk resonanshålighet, vänds partikelantalet och förstärks. Fasta fotoner bildar en mycket koherent (fas, frekvens och riktningskonsekvent), extremt monokromatisk (snävt spektrum), utmärkt riktning (liten divergensvinkel) och extremt ljus stråle, vilket ger stöd för kärnljuskällan för modern teknik som kommunikation, tillverkning, medicinska och andra områden. Laserns natur gör den till den enda ljuskällan som kan uppfylla kraven på hög precision, hög energi och hög styrbarhet på samma gång. Det ger den fysiska grunden för optisk fiberkommunikation (optisk bärare), precisionstillverkning (lätt kniv), medicinsk kirurgi (icke-invasiv behandling), kvantteknologi (enkel fotonkälla) och gravitationsvågsdetektering (interferometer), etc., vilket helt förändrar den moderna tekniken och industriella strukturen.
DEL 02
Tillämpning av laser inom kommunikationsområdet
Den centrala fördelen med laserteknologi ligger i dess "fyra höga" egenskaper: hög riktning (stråldivergensvinkeln är bara milliradianer), hög monokromaticitet (våglängdsrenheten når 10^-6 nanometer), hög ljusstyrka (tiotals miljarder gånger ljusstyrkan för solljus) och hög koherens (den perfekta sammanhållningen i temporär enhet). Dessa egenskaper har lett till framväxten av tre stora tekniska grenar inom optoelektronikområdet.
Den första är informationsoptoelektronik, "ljushastighetskanalen" för datatorrent, den andra är bio-optoelektronik: biovetenskapens "ljusantenn" och den tredje är energioptoelektronik: "ljusbladet" för exakt kontroll. Nedan presenterar vi huvudsakligen den här precisionsgjorda-"lätta kniven".
Som energibärare kan lasern uppnå precisionsmaterialbearbetning på mikron-nivå. Inom industriell tillverkning undergräver den den traditionella mekaniska bearbetningsmodellen med dess fördelar som beröringsfri bearbetning och liten-värmepåverkad zon. Och det är mer anpassningsbart till de högre kraven på nya material för precisionstillverkning.
DEL 03
Fördelar med laserbehandling
Laser "lätt kniv" omformar tillverkningsparadigmet för modern industri med sina fördelar med hög precision, hög effektivitet och hög anpassningsförmåga:
Vid bearbetning av super-hårda material smälter eller förångar lasern direkt materialet genom att fokusera en-energistråle-densitet (punktdiametern kan vara så liten som 10 μm), vilket uppnår beröringsfri bearbetning och undviker sprickor eller deformation orsakad av mekanisk stress. Vid bearbetning av nya material, när man möter spröda material, kan traditionell mekanisk bearbetning lätt orsaka mikrosprickor. Laserskärning kan kontrollera laserns effekttäthet genom att kontrollera laserns effekttäthet (104-10 grader W/cm²) och skanningshastighet (20-80 mm/s), vilket uppnår spånfri skärning med en bländarnoggrannhet på ±2μm.
För laserbearbetning av halvledarmaterial (som kiselskivor) används femtosekundlaser för att bilda ett modifierat skikt inuti skivan, och den bindande kemiska etsningen möjliggör chip-fri skärning med skärförlust så låg som 5 μm, vilket stöder miniatyriseringsutvecklingen av integrerade kretsar.
