В історії людської науки і техніки народження лазерної технології можна назвати революцією у взаємодії між світлом і матерією. Від Ейнштейна, який запропонував теорію стимульованого випромінювання в 1917 році до Маймана, який розробив перший рубіновий лазер у 1960 році, ця технологія всього за півстоліття проникла в різні галузі, такі як промисловість, медицина, зв’язок і військова справа, ставши основною рушійною силою розвитку сучасного суспільства. Будучи культовою технологією в галузі оптоелектроніки, лазери не лише переосмислюють межі застосування «світла», але й демонструють необмежений потенціал у передових-галузях, таких як інтелектуальне виробництво, науки про життя та дослідження космосу.
ЧАСТИНА 01
Природа лазера
Суть лазера полягає в світловому посиленні вимушеного випромінювання (ЛАЗЕР). Виходячи з квантової теорії Ейнштейна, завдяки синергічному ефекту активованого середовища (такого як газ, кристал), джерела насоса (введення енергії) і оптичної резонансної порожнини кількість частинок змінюється та посилюється. Фіксовані фотони утворюють висококогерентний (узгоджені фаза, частота та напрямок), надзвичайно монохроматичний (вузький спектр), чудову спрямованість (малий кут розбіжності) і надзвичайно яскравий промінь, забезпечуючи підтримку основного джерела світла для сучасних технологій, таких як зв’язок, виробництво, медицина та інші галузі. Природа лазера робить його єдиним джерелом світла, яке може відповідати вимогам високої точності, високої енергії та високої керованості одночасно. Він забезпечує фізичну основу для оптоволоконного зв’язку (оптичний носій), точного виробництва (світловий ніж), медичної хірургії (не-інвазивне лікування), квантової технології (джерело одного фотона) і виявлення гравітаційних хвиль (інтерферометр) тощо, повністю змінюючи сучасну технологію та промислову структуру.
ЧАСТИНА 02
Застосування лазера в галузі зв'язку
Основна перевага лазерної технології полягає в її «чотирьох високих» характеристиках: висока спрямованість (кут розбіжності променя становить лише мілірадіани), висока монохроматичність (чистота довжини хвилі досягає 10^-6 нанометрів), висока яскравість (у десятки мільярдів разів перевищує яскравість сонячного світла) і висока когерентність (ідеальна єдність просторової та часової когерентності). Ці характеристики призвели до появи трьох основних технічних галузей у галузі оптоелектроніки.
Перша — це інформаційна оптоелектроніка, «канал швидкості світла» для потоку даних, друга — біо-оптоелектроніка: «антена світла» наук про життя, а третя — енергетична оптоелектроніка: «лезо світла» для точного керування. Нижче ми в основному представляємо цей прецизійний-«легкий ніж».
Як носій енергії, лазер може досягати мікрон{0}}рівня точності обробки матеріалів. У промисловому виробництві він руйнує традиційну модель механічної обробки з її перевагами, такими як без-контактна обробка та мала-зона теплового впливу. І він більш адаптований до вищих вимог нових матеріалів для точного виробництва.
ЧАСТИНА 03
Переваги лазерної обробки
Лазерний «світловий ніж» змінює виробничу парадигму сучасної промисловості з її перевагами високої точності, високої ефективності та високої адаптивності:
Під час обробки над-твердих матеріалів лазер безпосередньо розплавляє або випаровує матеріал, фокусуючи промінь високої-енергетичної-щільності (діаметр плями може становити лише 10 мкм), досягаючи без{4}}контактної обробки та уникаючи тріщин або деформації, спричинених механічним впливом. При обробці нових матеріалів, під час обробки крихких матеріалів, традиційна механічна обробка може легко спричинити мікротріщини. Лазерне різання може контролювати щільність потужності лазера, контролюючи щільність потужності лазера (104-10 градусів Вт/см²) і швидкість сканування (20-80 мм/с), досягаючи різання без стружки з точністю діафрагми ±2 мкм.
Для лазерної обробки напівпровідникових матеріалів (таких як кремнієві пластини) фемтосекундний лазер використовується для формування модифікованого шару всередині пластини, а з’єднувальне хімічне травлення дозволяє різати -без мікросхем із втратою на пропили лише 5 мкм, що підтримує розвиток мініатюризації інтегральних схем.
