Varför behöver vi pulserade lasrar för att jonisera materia?

PulslasrarSpela en nyckelroll i joniseringen av materien. De kan exakt agera på materien i form av högenergi, extremt korta pulser, vilket får saken att absorbera en stor mängd energi på kort tid och snabbt inse joniseringsprocessen.

Egenskaper och fördelar med pulserade lasrar
Egenskaper
1. Hög effekt och energitäthet:
Pulserade lasrar kan mata ut hög toppeffekt och ha extremt hög effektdensitet. Detta gör laserenergin mycket koncentrerad på mycket kort tid, vilket kan uppnå högprecisionsbehandling och behandling av material. Den högsta effekten (toppeffekt) som en enda puls kan uppnå är en av de viktiga indikatorerna för pulserade lasrar, vanligtvis mätt i watt (W).

2. Kort pulsbredd:
Pulsbredd hänvisar till varaktigheten för en enda puls och är en viktig egenskap hos pulserade lasrar. Pulsbredd mäts vanligtvis i nanosekunder, picosekunder eller till och med femtosekunder.
Smalare pulsbredd hjälper till att minska den värmevärda zonen, vilket ger pulserade lasrar unika fördelar inom fält som precisionsbearbetning och medicinsk kirurgi.
3. Justerbar repetitionsfrekvens:
Upprepningshastigheten eller pulsrepetitionshastigheten för en pulserad laser beskriver antalet pulser som släpps ut per sekund eller omvänd tidspulsintervall.
Upprepningshastigheten kan justeras enligt specifika applikationskrav för att uppfylla olika bearbetning och experimentella förhållanden.
4. Noggrann tidskontroll:
Pulserade lasrar kan uppnå exakt kontroll av pulsutsläppstid, vilket är särskilt viktigt för applikationer som kräver synkronisering med hög precision.

Fördelar
1. Högprecisionsbehandling:
På grund av den höga effekten och energitätheten och den korta pulsbredden för pulslasern kan den uppnå exakt bearbetning och behandling av material i mikroskopisk skala.
Denna högprecisionsbehandlingsförmåga gör att pulslasrar har breda tillämpningsmöjligheter inom mikroelektronik, optoelektronik och andra fält.
2. Låg värmepåverkad zon:
Den smalare pulsbredden hjälper till att minska den värmevärda zonen och undvika biverkningar såsom deformation och smältning orsakad av överdriven uppvärmning av materialet.
Detta ger pulslasrar betydande fördelar inom fält som precisionsbehandling och medicinsk kirurgi.
3. Hög repetitionsfrekvens:
Pulslasrar med höga repetitionshastigheter kan avge fler pulser per tidstid och därmed förbättra bearbetningseffektiviteten och experimentell datainsamlingshastighet.
Detta är särskilt viktigt för scenarier som kräver ett stort antal pulser för bearbetning eller experiment.
4. Brett utbud av applikationsfält:
Pulslasrar används ofta inom många områden på grund av deras unika prestandaegenskaper. Till exempel inom det medicinska området kan de användas för oftalmisk behandling, hudbehandling osv.; Inom det industriella området kan de användas för metallskärning, svetsning, borrning och andra processer; Inom det vetenskapliga forskningsområdet kan de användas för forskning om ultrasnabb processer och ultralatisk bearbetning etc.

Applikationsprincipen för pulserad laser vid materialjonisering:
1. Enkelfoton och multi-fotonjoniseringsprocess:
Innan uppkomsten av stark laserteknik kan joniseringen av materien under ljus bestrålning förstås som processen där elektronerna i atomerna absorberar en enda foton och övergång från det bundna tillståndet till det kontinuerliga tillståndet. I många fall, särskilt när joniseringspotentialen för de beståndsdelande molekylerna såsom luft är mycket större än den enskilda fotonenergin för den synliga bandlaseren som används, krävs en joniseringsprocess med flera foton. Det vill säga, atomer eller molekyler absorberar flera fotoner och övergången till högre energinivåer i en enda interaktion mellan ljus och materia, och slutligen uppnå en övergång från ett bundet tillstånd till ett fritt tillstånd.
2. Tunneljonisering och lavinjoniseringsmekanism:
Tunneljonisering: Det är ett fenomen i kvantmekanik, som hänvisar till processen där bundna elektroner, under verkan av ett externt ultrasnurt elektriskt fält, passerar genom deras potentiella barriärer och går in i det fria tillståndet genom kvanttunneleffekten. Under verkan av det starka elektriska fältet som genereras av femtosekundslasern är den totala potentiella barriären som elektroner som känns deprimerad eller till och med tunnare, vilket gör att de bundna elektronerna kan passera genom de potentiella barriärerna genom kvanttunneleffekten, från det bundna tillståndet till fritt tillstånd och bildar fria elektroner.
Avalanche -jonisering: Det är en kedjereaktionsprocess. När de initiala fria elektronerna får energi i ett starkt elektriskt fält och kolliderar med atomer eller molekyler i materialet, kommer fler fria elektroner att släppas vidare, vilket bildar en joniserad lavineffekt. Specifikt kan de initiala fria elektronerna genereras genom multi-fotonabsorption eller tunneljonisering och sedan få kinetisk energi under laserfältets verkan, kollidera med atomer och upphetsa mer fria elektroner. De nyligen genererade elektronerna upprepar ovanstående process, vilket resulterar i en exponentiell ökning av antalet elektroner.
3. Förhållandet mellan pulsbredd och joniseringseffektivitet:
Pulsbredden bestämmer tidsskalan för laserens verkan på materialet. En kortare pulsbredd innebär att lasern har en kortare tid att verka på materialet, men energitätheten är högre, vilket kan inducera en starkare fysisk effekt. Till exempel är pulsbredden för en femtosekund pulslaser extremt kort, vilket kan koncentrera extremt hög energi i ett litet område på mycket kort tid och därmed uppnå effektiv jonisering och bearbetning. Däremot är pulsbredden för en nanosekund pulslaser längre, energin sprids under relativt lång tid och joniseringseffektiviteten är relativt låg.

Vissa praktiska tillämpningsfall av pulserade lasrar i materialjonisering:
1. Forskning om ultrasnabb joniseringsspektra för atomer och molekyler:
Professor Han feng från School of Physics and Astronomy vid Shanghai Jiao Tong University och professor Wu Jian från State Key Laboratory of Precision Spectroscopy of East China Normal University har samarbetat för att studera ultrasnabbliga fysiska processer såsom jonisering och molekylär dissociation av atomer och molekyler som drivs av femtosekund starka laser. Till exempel upptäckte de fenomen såsom Rabi-oscillation i processen med molekylär dissociation och joniseringsundertryckning av atomer under verkan av ett tvåfärgat laserfält, som gav en viktig grund för att förstå den tidsberoende evolutionsprocessen för mikroskopiska kvantsystem.

2. Tillämpning av laserinducerad nedbrytningsspektroskopi (LIBS) i elementanalys:
LIBS-tekniken genererar övergående plasma genom interaktion mellan högeffektdensitetspulsade lasrar med materia och analyserar plasmavlärningsspektrumet för att bestämma provets materialkomposition och innehåll. Denna teknik har egenskaperna hos icke-kontakt, låg destruktivitet, snabb fjärranalys på plats och samtidig onlineövervakning av flera element. Det kan tillämpas på metallurgi, kulturell relikidentifiering, arkeologi, biomedicin och andra områden.

3. Materialbehandling och mikro-nanotillverkning:
Femtosekund laser kan effektivt realisera mikronivåstorlek, speciell form och extrem precisionsbehandling. Materialytan har inga smältmärken, släta och rena kanter och inga stänk. Till exempel används det i stor utsträckning vid precisionsskärning av litiumjonbatterielektrodmaterial, precisionsskärning av vaskulära stent och precisionskärning av mobiltelefonskärmar. Dessutom kan ultrasnabb lasermikro-nano-bearbetning också framställa en rik mikron-nano-hierarkisk struktur på materialytan, förbättra den fotoelektriska och fototermiska omvandlingshastigheten för materialet och appliceras på antibakteriella och antibakteriella ytor.

I allmänhet spelar pulserade lasrar en viktig roll i joniseringsprocessen av material med deras unika höga effekt, korta pulsbredd och exakta tidskontrollegenskaper. Dessa egenskaper förbättrar inte bara joniseringseffektiviteten, utan gör också joniseringsprocessen mer exakt och kontrollerbar, vilket ger ett kraftfullt verktyg för vetenskaplig forskning och industriella tillämpningar.

Kontaktinformation:

Om du har några idéer kan du gärna prata med oss. Oavsett var våra kunder är och vad våra krav är, kommer vi att följa vårt mål att förse våra kunder med hög kvalitet, låga priser och bästa service.