Distinguer l’usinage femtoseconde de l’usinage ordinaire

  22 Jun , 2020         Chris         7477

Femtoseconde laser est un laser avec une largeur d’impulsion de 1-1000 Fs (1 FS =10-15s). D’autres lasers sont des lasers pulsés ou continus avec une largeur d’impulsion de 1000 Fs (1 ps).

    Le traitement au laser doit être pris en compte dans le processus de longueur d’onde laser, d’énergie (ou de puissance), de largeur d’impulsion, de fréquence, de fréquence d’impulsion, de polarisation et de phase, devrait également envisager de concentrer le système et la vitesse et la direction de balayage, la composition, la structure et la forme des matériaux traités, et même les conditions de l’environnement matériel comme la température et l’atmosphère. La largeur des impulsions est l’un des paramètres laser les plus importants avec une influence universelle. Par souci de simplicité, la discussion suivante suppose que toutes les autres conditions sont similaires (ce qui est difficile à tenir), à l’exception de la largeur de l’impulsion. Femtoseconde laser se réfère principalement à la pierre précieuse en titane et Yb3 + laser de cristal dopé et de fibre principalement utilisé aujourd’hui, la longueur d’onde du laser femtoseconde proche infrarouge dans les environs de 1 m.

Cher

    Les lasers femtoseconde sont maintenant utilisés dans la coupe, le forage, le soudage, le marquage, le décapage, la réparation et d’autres champs de traitement, mais leur application n’est pas très courante. L’un est que dans de nombreux cas d’autres lasers fonctionnent bien, et l’autre est que les lasers femtoseconde sont coûteux. Les lasers femtosecondes sont beaucoup plus chers que les lasers à impulsions longues et continues. D’autres lasers femtoseconde et picoseconde avec des paramètres similaires diffèrent parfois par des centaines de milliers de yuans.

Raisons:

    1) Les supports de gain avec un large spectre, tels que les ti-pierres précieuses, sont nécessaires pour produire des impulsions femtoseconde ultrashort. La bande passante du support de gain détermine la largeur d’impulsion finale. Par conséquent, le milieu de gain laser femtoseconde a une exigence plus élevée. Maintenant, il s’agit principalement de pierres précieuses en titane, avec quelques cristaux dopés Yb3+ et de la fibre de verre.

    2) les impulsions laser femtoseconde ont généralement besoin de verrouiller la technologie de membrane pour réaliser, utilisé pour l’usinage de l’énergie de grande impulsion de l’impulsion femtoseconde aura besoin d’énergie à faible impulsion de l’impulsion femtoseconde par l’élargissement de l’impulsion - amplificateur régénératif - technologie de compression pour réaliser, système laser femtoseconde pour utiliser les composants optiques tels que le traitement fin du miroir de chirp et de la source de pompe à haute puissance, système laser est plus complexe.

Avantages du traitement au laser femtoseconde :

   Le traitement femtoseconde présente de nombreux avantages, d’abord reflétés dans sa haute précision, en fonction des caractéristiques de l’absorption multi-photon et de l’effet de seuil, et l’effet thermique dans le traitement peut être ignoré (c’est-à-dire que le traitement à froid est souvent souligné). Il convient de noter que cela se réfère au cas de la monopulse ou la fréquence des impulsions est relativement faible, mais aussi relativement parlant, la longueur d’onde laser et les caractéristiques du matériau de l’objet sont ignorés ici.

    En principe, le laser femtoseconde peut obtenir une puissance de pointe extrêmement élevée (énergie d’impulsion/largeur d’impulsion) avec une faible énergie d’impulsion en raison de sa courte largeur d’impulsion. Lorsque le laser est davantage concentré sur le matériau avec objectif, divers effets non ligneux forts peuvent être causés en raison de la densité d’énergie élevée près de la mise au point.

    L’usinage au laser peut être considéré comme une sorte de réaction induite par le laser, qui peut être divisée en vibration moléculaire induite et en excitation électronique en principe. La première est une réaction thermique, tandis que la seconde interagit avec les liaisons chimiques associées aux électrons dans la coquille atomique qui constitue une substance. Compte tenu de la structure de la bande d’énergie de la matière, les lasers à longue longueur d’onde tels que le laser CO2 utilisent la réaction thermique causée par les vibrations moléculaires, tandis que les lasers à courte longueur d’onde tels que le laser exciter utilisent la coupe de liaison chimique causée par l’excitation des électrons.

    Traitement au laser femtoseconde proche infrarouge par le processus multiphoton, c’est-à-dire, bien que le matériau dans la longueur d’onde laser (lambda) pas d’absorption linéaire, mais près du point focal de l’intensité lumineuse est très élevé, par l’absorption multiple (n) photons en même temps, jouera une courte longueur d’onde (lambda/n) de la lumière à la matière à l’intérieur comme matériau pour produire le même effet, la mise en œuvre est contrôlée par la sélectivité spatiale de la microstructure, et sans affecter la structure de surface, qui est un autre avantage du laser de traitement de la femtoseconde.

    Parce que de nombreux processus nonlinaires sont impliqués, les phénomènes dépassent souvent nos prédictions et notre imagination. Lorsque le laser femtoseconde interagit avec les matériaux, nous considérons le milieu sans absorption linéaire dans la longueur d’onde laser. Tout d’abord, l’énergie laser est déposée dans le système électronique par absorption multi-photon ou ionisation, puis par une série de transfert d’énergie et de processus de transport, conduisant à une série de changements dans les matériaux. En général, sous l’irradiation laser, le temps d’excitation du photon d’absorption des électrons se situe dans la plage de FS (dans le processus d’action de l’impulsion), suivie d’un couplage électron-phonon, et le temps de transfert d’énergie vers le réseau et l’équilibre thermique du treillis est de l’ordre de plusieurs à des dizaines de ps. L’échelle de temps de la diffusion thermique et de la fonte des matériaux varie selon les matériaux, ce qui est essentiellement de l’ordre de dizaines à des centaines de ps. Le temps de formation ablatif de la surface matérielle varie de plusieurs centaines de Ps à NS.

  Sous l’action du laser nanoseconde et picoseconde, l’énergie laser déposée dans le gaz électronique est transmise au réseau cristallin dans le temps où l’impulsion laser irradie le matériau, provoquant ainsi le chauffage, la fonte et même l’ablation du matériau. L’effet thermique est évident dans le processus. Cependant, la largeur d’impulsion du laser femtoseconde est plus petite que l’échelle de temps de l’interaction électron-phonon, et l’énergie laser déposée dans le gaz électronique n’a pas le temps de transmettre à l’impulsion laser ione. À l’heure actuelle, la température du gaz électronique est très élevée, tandis que la température de l’ion est très basse. Le matériau a un processus d’ablation « er », qui inhibe l’effet hydromécanique, l’effet thermique et ainsi de suite. La précision d’usinage est très élevée. Beaucoup de travail a été fait pour comparer l’effet de la largeur d’impulsion sur l’usinage laser.FIG. 1 montre que la structure de traitement d’impulsion femtoseconde est relativement raide et propre, et il y a des crêtes et des résidus provoqués par des effets thermiques des lasers de picoseconde et de nanoseconde. C’est précisément en raison de la haute précision et le « traitement à froid » caractéristiques du laser femtoseconde, il peut être largement utilisé dans la microélectronique, l’aérospatiale et d’autres domaines industriels, mais aussi utilisé dans la médecine, comme la correction de la myopie, la chirurgie du cerveau.