В истории человеческой науки и техники рождение лазерных технологий можно назвать революцией во взаимодействии света и материи. От Эйнштейна, предложившего теорию стимулированного излучения в 1917 году, до Маймана, разработавшего первый рубиновый лазер в 1960 году, эта технология всего за полвека проникла в различные области, такие как промышленность, медицина, связь и армия, став основной движущей силой развития современного общества. Являясь культовой технологией в области оптоэлектроники, лазеры не только переопределяют границы применения «света», но и демонстрируют неограниченный потенциал в передовых-областях, таких как интеллектуальное производство, науки о жизни и освоение космоса.
ЧАСТЬ 01
Природа лазера
Сущность лазера заключается в светоусилении стимулированного излучения (ЛАЗЕР). Согласно квантовой теории Эйнштейна, благодаря синергетическому эффекту активированных сред (таких как газ, кристалл), источника накачки (впрыск энергии) и оптической резонансной полости, количество частиц меняется на противоположное и усиливается. Фиксированные фотоны образуют высококогерентный (согласованный по фазе, частоте и направлению), чрезвычайно монохроматический (узкий спектр), превосходную направленность (малый угол расхождения) и чрезвычайно яркий луч, обеспечивающий поддержку основного источника света для современных технологий, таких как связь, производство, медицина и другие области. Природа лазера делает его единственным источником света, который может одновременно отвечать требованиям высокой точности, высокой энергии и высокой управляемости. Он обеспечивает физическую основу для оптоволоконной связи (оптический носитель), прецизионного производства (световой нож), медицинской хирургии (не-инвазивное лечение), квантовой технологии (источник одиночных фотонов) и обнаружения гравитационных волн (интерферометр) и т. д., полностью меняя современные технологии и промышленную структуру.
ЧАСТЬ 02
Применение лазера в сфере связи
Основное преимущество лазерной технологии заключается в ее «четырех высоких» характеристиках: высокой направленности (угол расхождения луча составляет всего миллирадианы), высокой монохроматичности (чистота длины волны достигает 10^-6 нанометров), высокой яркости (в десятки миллиардов раз превышающей яркость солнечного света) и высокой когерентности (идеальном единстве пространственной и временной когерентности). Эти характеристики привели к появлению трех основных технических отраслей в области оптоэлектроники.
Первый — это информационная оптоэлектроника, «канал скорости света» для потока данных, второй — био-оптоэлектроника: «антенна света» наук о жизни, а третий — энергетическая оптоэлектроника: «лезвие света» для точного управления. Ниже мы в основном представляем этот прецизионный «легкий нож»-изготовления.
В качестве энергоносителя лазер может обеспечить обработку материалов с микронной- точностью. В промышленном производстве он подрывает традиционную модель механической обработки благодаря ее преимуществам, таким как бесконтактная обработка и малая зона-теплового воздействия. И он лучше адаптируется к более высоким требованиям новых материалов для точного производства.
ЧАСТЬ 03
Преимущества лазерной обработки
Лазерный «световой нож» меняет производственную парадигму современной промышленности благодаря своим преимуществам высокой точности, высокой эффективности и высокой адаптируемости:
При обработке сверх-твердых материалов лазер непосредственно плавит или испаряет материал, фокусируя луч с высокой-энергией-плотностью (диаметр пятна может составлять всего 10 мкм), обеспечивая бесконтактную обработку и избегая трещин или деформации, вызванных механическим напряжением. При обработке новых материалов при столкновении с хрупкими материалами традиционная механическая обработка легко может вызвать появление микротрещин. Лазерная резка позволяет контролировать плотность мощности лазера, контролируя плотность мощности лазера (104-10 градусов Вт/см²) и скорость сканирования (20–80 мм/с), обеспечивая резку без сколов с точностью апертуры ± 2 мкм.
При лазерной обработке полупроводниковых материалов (таких как кремниевые пластины) фемтосекундный лазер используется для формирования модифицированного слоя внутри пластины, а химическое травление соединения обеспечивает резку без сколов-с потерями в прорези всего 5 мкм, что способствует развитию миниатюризации интегральных схем.
