나노초 레이저, 펨토초 레이저 및 피코초 레이저의 차이점
Jun 21 , 2023레이저의 펄스 지속 시간이 대상 물체의 전도 기간보다 짧기 때문에 초단파 펄스 레이저는 혁신적인 재료 가공 기회를 제공합니다. 승화를 통해 물질을 꺼내어 사물의 냉간 가공이 가능함을 효과적으로 암시합니다.
이러한 기화 처리 방식은 기존 절차로는 불가능한 이점이 있습니다. 그럼에도 불구하고 이러한 기술은 비용이 많이 들기 때문에 사람들은 레이저와 플랫폼 선택을 철저히 검토해야 합니다.
세 가지 가장 일반적인 형태의 레이저 기술은 나노초 레이저, 피코초 레이저 및 펨토초 레이저입니다. 각각은 레이저 기술에서 다양한 용도와 이점을 가지고 있습니다. 이 기사에서는 세 가지 유형의 레이저와 작동 방식을 살펴봅니다.
종종 나노레이저로 알려진 나노초 레이저는 q-스위치 펄스 레이저의 가장 일반적인 유형입니다. 이득 물질의 준안정 상태가 완전히 포화될 때까지 공동 소모를 간단히 향상시키기 위해 광학 공동에 삽입된 증가된 속도 셔터의 활용은 Q-스위칭으로 알려져 있습니다.
스위치를 켜면 모든 레이저 빔이 동시에 방출됩니다. 많은 레이저 증폭 물질의 고갈 기간은 수 나노초(10-9s)의 파장 범위에 있어 나노초 레이저 펄스를 생성합니다.
재료의 레이저 절제, 주사 전자 현미경, 거리 측정 및 위성 이미지와 같이 나노초 범위의 펄스 지속 시간을 갖는 레이저 빔의 광학적 특성이 필요한 수많은 작업이 있습니다. Q 전환 또는 게인 전환 모드를 통해 많은 상황에서 레이저로 생성됩니다.
Q 스위치는 작은 고체 레이저에서 많은 밀리줄과 더 큰 기계에서 많은 줄과 같은 엄청난 레이저 에너지를 생성할 수 있습니다. 설계 매개변수에 따라 레이저 공진의 특정 종방향 상태에서 출력이 발생할 수 있으므로 선폭이 매우 작아집니다.
게인 전환 나노초 레이저는 상당히 낮은 펄스 에너지 수준에서 나노초 펄스를 생성할 수 있습니다. 반도체 레이저의 최대 강도는 종종 1W 범위로 제한됩니다.
몇 가지 중요한 이점 중 하나는 높은 반복률과 레이저 펄스 지속 시간을 모두 기계적으로 변경하고 레이저 펄스 지속 시간을 안정적으로 유지하는 높은 수준의 유연성입니다. 대조적으로, 높은 반복률은 광범위하게 조정됩니다. 또한 이러한 시스템은 더 낮은 가격으로 제조할 수 있습니다.
나노초 레이저는 자외선에서 적외선에 이르는 다양한 파장, nJ에서 J에 이르는 펄스 에너지, 광범위한 게인 기술 및 재료로 인해 Hz에서 MHz에 이르는 높은 반복률로 생성됩니다. 이러한 레이저의 실질적인 최대 출력 및 레이저 펄스 지속 시간은 LIBS, 나노초 레이저 제거, 레이저 식별 및 마킹과 같은 다양한 용도에 유용합니다.
피코초 레이저는 펄스 지속 시간이 1(10-12초)에서 수십 피코초 범위인 광학 레이저 펄스를 생성합니다. 결과적으로 초고속 또는 초단파 레이저 펄스에 속합니다.
지속적으로 펌핑되는 OPO와 같은 피코초 레이저 펄스 및 파장의 특정 레이저 기반 생성기는 기술적으로 피코초 레이저가 아니지만 종종 피코초 레이저라고 합니다.
여러 레이저 시스템은 피코초 레이저 펄스를 생성할 수 있으며, 다른 여러 레이저 효율 매개변수는 광범위합니다. 재료의 레이저 절제, 의약 응용, OPO 펌핑 등 다양한 용도로 사용될 수 있습니다.
펨토초 레이저는 펨토초(10-15초) 영역에서 레이저 펄스 지속 시간이 1피코초 미만인 광학 펄스를 생성합니다. 따라서 초고속 또는 초단파 펄스 레이저로 분류됩니다.
잠재 모드 잠금 방법은 이러한 짧은 펨토초 레이저 펄스를 생성하는 데 거의 일반적으로 사용됩니다. 결과적으로 상당한 펄스 에너지와 MHz 또는 GHz 주파수 범위의 반복 주파수를 갖는 펄스 패턴이 생성됩니다.
제한된 평균 출력 전력으로 형성되어 상대적으로 짧은 펄스 에너지(대개 나노줄 범위)를 생성합니다. 펨토초 레이저에 기여하는 광학 증폭 장치를 사용하면 더 적은 반복 주파수에서 일반적으로 몇 배 더 큰 크기로 훨씬 더 큰 펄스 에너지를 허용합니다.
레이저 마이크로머시닝(Laser micromachining) 및 레이저 어블레이션(laser ablation)은 오랫동안 시도되어 왔습니다. 레이저 어블레이션은 재료 표면에 집중된 레이저 광을 사용하여 조사된 영역에서 재료를 제거하는 기술입니다. 여러 기술 응용 프로그램에서 레이저 제거 프로세스를 탐색하고 사용했습니다.
그럼에도 불구하고 레이저의 더 긴 펄스 폭과 낮은 효율 출력으로 인해 재료는 지속적으로 용해되고 증발합니다. 레이저 펄스가 제한된 영역에 집중될 수 있지만 물질에 대한 열 효과는 여전히 상당하여 절단 정밀도를 제한합니다.
처리 품질을 높이는 유일한 방법은 열 영향부를 줄이는 것입니다. 피코초 지속 시간의 레이저 펄스가 물질에 닿으면 작동 성능이 크게 바뀝니다. 펄스 에너지의 급격한 상승에 의해 생성된 높은 레이저 출력은 외부 껍질의 전자를 떼어내기에 충분합니다.
레이저 펄스와 모재 사이의 접촉 시간이 매우 짧기 때문에 주변 표면에 레이저 펄스 에너지를 전달하기 전에 시편 표면의 레이저 제거로 이온이 효율적으로 제거되어 기본 금속에 대한 열 효과가 무시할 수 있습니다. 이를 위해 "냉간 작업"이라고도 합니다. 나노초 펄스, 펨토초 레이저 펄스 및 피코초 레이저는 냉간 가공의 이점으로 인해 산업 출력 및 용도에 침투했습니다.
초단파 레이저 펄스 생성 전력은 제한된 활동 영역으로 빠르게 공급됩니다. 즉각적인 고출력 밀도 응용 프로그램은 전자 수신 및 이동성을 수정하고 레이저 직선 흡수, 펄스 에너지 이동 및 확산의 결과를 제거하고 레이저 물질 반응 메커니즘을 크게 수정합니다.
센터링 후 증가된 에너지 레이저 빔이 재료의 기판을 조사합니다. 기본적으로 열처리 메커니즘이지만 일반적으로 수 나노초 이내의 짧은 응답 시간 때문에 프로세스가 더 효과적입니다. 결과적으로 열 영향부가 제한되고 레이저 유도 충격과 속도가 보장됩니다.
감소된 레이저 펄스 지속 시간을 갖는 피코초 및 펨토초 레이저는 레이저 절제 분야에서 상당한 이점을 가지며 이제 더 정밀한 초고속 레이저 절제 기술이라고 합니다. 피코초 레이저는 레이저 펄스 지속 시간이 매우 짧고 단일 주파수의 반응 기간이 몇 피코초에 불과하기 때문에 열 부하는 존재하지 않더라도 매우 완만합니다.
나노초 레이저 마이크로머시닝과 달리 피코초 레이저는 프로세스 전체에서 재료를 재가공하지 않습니다. 절차가 더 매끄럽고 레이저 에너지 소비가 물질이나 파장에 덜 의존합니다. 동시에 작업 시간이 단축되고 정밀도가 향상되며 처리 능력이 향상됩니다.
피코초 레이저 공정은 처리 효율성과 신속성 측면에서 나노초 레이저보다 우수합니다. 피코초 레이저는 엄청난 잠재적 응용 범위를 가지고 있습니다. 또한 나노초 레이저는 중요한 레이저 제거 및 처리 사업을 계속 지배하고 있습니다. 피코초 레이저 절단 장치의 막대한 비용이 원인입니다.
피코초와 펨토초 레이저가 핵심 초점이 될 것입니다. 이 레이저는 두께가 0.01인치(250미크론)만큼 얇은 재료 작업에 특화되어 있습니다. 밀도가 더 높은 물질도 처리할 수 있지만 구매자는 처리 시간을 신중하게 고려해야 합니다. 피코초 및 펨토초 레이저 간의 작동 변동은 어떤 경우에는 사소하고 다른 경우에는 명백할 수 있습니다.
금속을 처리하는 데 사용할 때 그 차이는 미미합니다. 펨토초 레이저는 윗면 가장자리가 거칠지 않고 세부 사항이 훨씬 더 구체적이며 표면 불규칙성이 감소합니다. 펨토초 레이저는 또한 더 다양한 폴리머와 함께 작동할 수 있습니다. 피코초 레이저는 일반적으로 폴리머를 효율적으로 처리하기 위해 녹색 또는 UV 스펙트럼이 필요합니다.
피코초와 펨토초 레이저 성능의 대비를 재료와 비교합니다. 펨토초 레이저는 최고 품질만 필요한 경우 확실한 옵션입니다. 반면에 피코초 레이저는 처리 속도가 더 빠른 경향이 있습니다.
몇 가지 초단파 고 레이저 에너지 펄스 레이저 파장 옵션이 있으며 일부는 특정 재료에 대해 더 나은 성능을 발휘합니다. 피코초 및 펨토초 레이저는 각각 적외선, 녹색 및 자외선 스펙트럼 옵션을 포함합니다. 다른 파장은 다른 물질에 대해 잘 수행되며 필요한 기능과 장점의 영역에 따라 사람들이 때때로 선택할 수 있습니다.
가능한 가장 낮은 초점 영역은 파장에 비례합니다. 결과적으로 다른 모든 변수가 일정하게 유지된다면 UV 레이저는 IR 레이저 크기의 1/3 크기의 표면 영역에 집중됩니다. 모든 펨토초 및 피코초 레이저는 동일한 레이저 장치에서 수많은 파장을 제공할 수 있습니다.
펨토초 레이저의 경우 특정 금속에 적합한 다양한 파장에 대한 목적과 이유가 덜 명확합니다. 몇몇 전문가들은 처음에 이러한 짧은 펄스 지속 시간으로 파장에 대한 기존의 흡수 의존성이 더 이상 발생하지 않을 수 있으며 다중 광자 흡수 프로세스가 인계될 것이라고 가정했습니다.
폴리머 카테터와 같은 특정 폴리머에 대해서는 입증되지 않았습니다. 펨토초 레이저 펄스는 가공 성능과 재료 절단 정밀도를 향상시킬 뿐만 아니라 적외선보다 가공 영역과 절제 임계값이 더 넓습니다. 녹색 스펙트럼은 정밀 미크론 스케일까지 폴리머의 아주 작거나 눈에 보이지 않는 세부 사항을 절단하기 위한 보다 안정적인 시스템을 제공할 수 있습니다.
펨토초 레이저 펄스의 생산 통합과 이러한 레이저가 향상된 치수 정밀도로 재료를 작동시키는 능력은 이들의 구별되는 속성입니다. 결과적으로 초기 설계 기준은 그 정도의 정확도를 지원하는 것입니다.
그럼에도 불구하고 지구상에서 가장 강력한 기술도 기계가 위치한 주변 환경이 특히 온도 변화 측면에서 불안정한 경우 신뢰할 수 있는 시스템을 제공하지 못할 것입니다. 몇 도 이상의 온도 변화는 피팅 및 위상과 레이저의 조준 정확도 및 정밀한 제거에 문제를 일으킬 수 있습니다. 결과적으로 장비는 온도 조절 및 냉방 환경에 보관해야 합니다.
부품 테스트는 작업에 이상적인 레이저를 식별하는 유일한 방법입니다. 일부 회사는 목적과 장비를 지정하기 위해 나노초, 피코초 및 펨토초 레이저와 모든 레이저에 대해 다른 광자 에너지에 대한 실험을 자주 수행합니다.
RFH 레이저는 중국에서 잘 알려진 레이저 브랜드 공급업체입니다.
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시장 수요를 충족시키기 위해 RFH는 S9 시리즈 UV 레이저를 새로 개발했습니다. 그 종류와 비교할 때 S9 시리즈 UV 레이저는 견고한 밀봉 캐비티, 매우 작은 크기, 간단하고 견고하며 높은 안정성, 고효율, 높은 신뢰성 및 우수한 레이저 빔 품질을 특징으로 합니다. 컴팩트한 디자인은 큰 광경로를 구축할 필요가 없음을 시사합니다. 공간과 비용을 크게 줄이고 UV 레이저 마킹 기계 에 쉽게 설치할 수 있습니다 . 또한 S9 시리즈 캐비티 구조는 안정성과 확장성이 뛰어나 동일한 레이저 캐비티가 다중 출력 레이저를 생산할 수 있으며 다양한 출력 범위의 안정성이 크게 향상되었습니다.
