Ультра ылдам лазерлер ондогон жылдар бою пайда болгонуна карабастан, акыркы жыйырма жылда өнөр жайлык колдонмолор тездик менен өстү. 2019-жылы ultrafast базар баасылазердик материалкайра иштетүү болжол менен 460 миллион АКШ долларын түздү, жылдык татаал өсүү темпи 13%ды түздү. Өнөр жай материалдарын иштетүү үчүн ультра ылдам лазерлер ийгиликтүү колдонулган колдонуу аймактарына жарым өткөргүч өнөр жайында фотомасканы даярдоо жана оңдоо, ошондой эле кремнийди кесүү, айнек кесүү/жазуу жана уюлдук телефондор жана планшеттер сыяктуу керектөөчү электроникадагы (индий калайынын оксиди) ITO пленкасын алып салуу кирет. , автомобиль өнөр жайы үчүн поршендик текстуралоо, коронардык стент өндүрүү жана медициналык өнөр жайы үчүн микрофлюиддик аппаратты өндүрүү.
01 Жарым өткөргүч өнөр жайында фотомаскаларды жасап чыгаруу жана оңдоо
Ultrafast лазерлер материалдарды иштетүүдө эң алгачкы өнөр жайлык колдонмолордун биринде колдонулган. IBM 1990-жылдары фотомаска өндүрүшүндө фемтосекунддук лазердик абляцияны колдонууну билдирди. Наносекунддук лазердик абляция менен салыштырганда, металл чачыраган жана айнектин бузулушуна алып келиши мүмкүн, фемтосекунддук лазердик маскалар металл чачырабайт, айнек бузулбайт, ж.б. артыкчылыктары. Бул ыкма интегралдык микросхемаларды (ИК) өндүрүү үчүн колдонулат. IC чипти өндүрүү үчүн 30 маска талап кылынышы мүмкүн жана баасы > 100 000 долларды түзөт. Фемтосекунддук лазердик иштетүү 150нмден төмөн сызыктарды жана чекиттерди иштете алат.
Сүрөт 1. Фотомасканы жасоо жана оңдоо
Сүрөт 2. Экстремалдуу ультрафиолет литографиясы үчүн ар кандай маска моделдерин оптималдаштыруу натыйжалары
02 Жарым өткөргүч өнөр жайында кремний кесүү
Кремний пластинкасын кесүү жарым өткөргүч өнөр жайындагы стандарттык өндүрүш процесси жана адатта механикалык кесүү аркылуу аткарылат. Бул кесүүчү дөңгөлөктөр көбүнчө микро жаракаларды пайда кылат жана жука (мисалы, калыңдыгы < 150 мкм) пластиналарды кесүү кыйынга турат. Кремний пластинкаларын лазер менен кесүү жарым өткөргүч өнөр жайында көп жылдар бою, айрыкча жука пластиналар үчүн (100-200мкм) колдонулуп келген жана бир нече этап менен ишке ашырылат: лазердик оюгу, андан кийин механикалык бөлүү же жашыруун кесүү (б.а. ичиндеги инфракызыл лазер нуру) кремний жазуу) андан кийин механикалык лента бөлүү. Наносекунддук импульстук лазер саатына 15 пластинаны, ал эми пикосекунддук лазер саатына 23 пластинаны иштете алат, жогорку сапатта.
03 керектелүүчү электроника тармагында айнек кесүү / сызуу
Уюлдук телефондор менен ноутбуктар үчүн сенсордук экрандар жана коргоочу көз айнек ичкерилип, кээ бир геометриялык фигуралар ийри болуп баратат. Бул салттуу механикалык кесүүнү кыйындатат. Кадимки лазерлер, адатта, начар кесилген сапатты чыгарышат, айрыкча, бул айнек дисплейлер 3-4 катмардан тизилип, үстүнкү 700 мкм калыңдыктагы коргоочу айнек катууланганда, локализацияланган стресстен бузулушу мүмкүн. Ультра ылдам лазерлер бул көз айнектерди жакшыраак четине күч менен кесе аларын көрсөттү. Чоң жалпак панелди кесүү үчүн фемтосекунддук лазерди айнек барактын арткы бетине буруп, алдыңкы бетине зыян келтирбестен айнектин ичин тырмап коюуга болот. Андан кийин айнек механикалык же термикалык каражаттардын жардамы менен сындырылышы мүмкүн.
Сүрөт 3. Picosecond ultrafast лазердик айнек атайын формадагы кесүү
04 Автомобиль енер жайында поршеньдуу текстуралар
Жеңил автомобилдердин кыймылдаткычтары алюминий эритмелеринен жасалган, алар чоюн сыяктуу эскирүүгө туруктуу эмес. Изилдөөлөр көрсөткөндөй, фемтосекунддук лазердик машинанын поршендик текстураларын иштетүү сүрүлүүнү 25% га чейин азайтат, анткени таштандыларды жана майларды натыйжалуу сактоого болот.
Сүрөт 4. Мотордун иштешин жакшыртуу үчүн автомобиль кыймылдаткычынын поршендерин фемтосекунддук лазердик иштетүү
05 Медицина тармагында коронардык стенттерди чыгаруу
Миллиондогон коронардык стенттер дененин коронардык артерияларына орнотулуп, кандын башка жол менен уюп калган тамырларга агышы үчүн канал ачылып, жыл сайын миллиондогон адамдардын өмүрүн сактап калат. Коронардык стенттер адатта металлдан (мисалы, дат баспас болоттон, никель-титан формасындагы эстутум эритмесинен же жакында кобальт-хром эритмесинде) зым тордон жасалган, туурасы болжол менен 100 мкм. Узун импульстуу лазер менен кесүүгө салыштырмалуу, кашааларды кесүү үчүн ультра ылдам лазерлерди колдонуунун артыкчылыктары кесилген жогорку сапат, беттин жакшы жасалгасы жана калдыктардын аздыгы болуп саналат, бул кайра иштетүүдөн кийинки чыгымдарды азайтат.
06 Медициналык өнөр жайы үчүн микрофлюиддик аппараттарды өндүрүү
Микрофлюиддик аппараттар көбүнчө медицина тармагында ооруну текшерүү жана диагностикалоо үчүн колдонулат. Булар, адатта, айрым бөлүктөрүн микро-инъекциялоочу калыпка салуу жана андан кийин чаптоо же ширетүү аркылуу бириктирүү жолу менен даярдалат. Микрофлюиддик түзүлүштөрдү ультра тез лазер менен жасоонун артыкчылыгы айнек сыяктуу тунук материалдардын ичинде туташууларга муктаж болбостон 3D микроканалдарды өндүрүү. Бир ыкма - бул чоң стакандын ичинде өтө тез лазерди жасоо, андан кийин нымдуу химиялык оюу, ал эми экинчиси - таштандыларды тазалоо үчүн айнектин же пластиктин ичинде дистилденген сууда фемтосекунддук лазердик абляция. Дагы бир ыкма айнек бетине каналдарды машина жана фемтосекунд лазер ширетүү аркылуу айнек капкак менен мөөр болуп саналат.
Сүрөт 6. Айнек материалдарынын ичиндеги микрофлюиддик каналдарды даярдоо үчүн фемтосекунддук лазердин жардамы менен тандалма оюу
07 Инжектордун соплосун микро бургулоо
Фемтосекунддук лазердик микро тешиктерди иштетүү жогорку басымдагы инжектор рыногундагы көптөгөн компанияларда агым тешиктеринин профилдерин өзгөртүүдө көбүрөөк ийкемдүүлүктүн жана кыска иштетүү убактысынын эсебинен микро-EDMди алмаштырды. Фокустун абалын жана нурдун кыйшаюусун алдын ала сканерлөөчү баш аркылуу автоматтык түрдө башкаруу мүмкүнчүлүгү күйүү камерасында атомизацияга же кирип кетүүгө көмөктөшүүчү диафрагма профилдерин (мисалы, баррель, жалын, конвергенция, дивергенция) түзүүгө алып келди. Бургулоо убактысы абляция көлөмүнө жараша болот, бургулоонун калыңдыгы 0,2 – 0,5 мм жана тешик диаметри 0,12 – 0,25 мм, бул техниканы микро-EDMге караганда он эсе тезирээк кылат. Микробургулоо үч этапта ишке ашырылат, анын ичинде пилоттук тешиктерди оройлоо жана бүтүрүү. Аргон скважинаны кычкылдануудан коргоо жана алгачкы этаптарда акыркы плазманы коргоо үчүн көмөкчү газ катары колдонулат.
Сүрөт 7. Дизель кыймылдаткычынын инжектору үчүн тескери конус тешиктин фемтосекунддук лазердик жогорку тактыкта иштетилиши
08 Ультра тез лазердик текстура
Акыркы жылдары, иштетүү тактыгын жогорулатуу, материалдык зыянды азайтуу жана кайра иштетүү натыйжалуулугун жогорулатуу максатында, micromachining тармагы акырындык менен изилдөөчүлөрдүн көңүл чордонунда болуп калды. Ultrafast лазер кайра иштетүү технологиясын өнүктүрүүгө көмөк чордону болуп калды, мисалы, төмөн зыян жана жогорку тактык сыяктуу ар кандай иштетүү артыкчылыктарга ээ. Ошол эле учурда, ultrafast лазерлер ар кандай материалдар боюнча иш-аракет кыла алат, жана лазердик кайра иштетүү материалдык зыян да негизги изилдөө багыты болуп саналат. Ультра тез лазер материалдарды жок кылуу үчүн колдонулат. Лазердин энергия тыгыздыгы материалдын абляция босогосунан жогору болгондо, абляцияланган материалдын бети белгилүү бир мүнөздөмөлөргө ээ микро-нано түзүлүштү көрсөтөт. Изилдөөлөр көрсөткөндөй, бул өзгөчө беттик структурасы лазердик материалдарды иштетүүдө пайда болгон жалпы көрүнүш. Жер үстүндөгү микро-нано структураларды даярдоо материалдын өзүнүн касиеттерин жакшыртат, ошондой эле жаңы материалдарды иштеп чыгууга мүмкүндүк берет. Бул ультра ылдам лазер менен жер үстүндөгү микро-нано структураларды даярдоону өнүктүрүүнүн маанилүү мааниси бар техникалык ыкмага айландырат. Азыркы учурда, металл материалдары үчүн, ultrafast лазердик беттик текстура боюнча изилдөө металл бетинин нымдоо касиеттерин жакшыртуу, беттик сүрүлүү жана эскирүү касиеттерин жакшыртуу, каптоо адгезиясын, ошондой эле багыттуу таралышын жана клеткалардын жабышуусун жогорулатуу.
Сүрөт 8. Лазердик кремний бетинин супергидрофобдук касиеттери
заманбап иштетүү технологиясы катары, ultrafast лазердик иштетүү кичинекей жылуулук таасир зонасы, материалдар менен өз ара сызыктуу эмес жараянын жана дифракция чегинен тышкары жогорку чечим кайра иштетүү өзгөчөлүктөрүнө ээ. Ал ар кандай материалдарды жогорку сапаттагы жана жогорку тактыкта микро-нано иштетүүнү ишке ашыра алат. жана үч өлчөмдүү микро-нано структурасын өндүрүү. Атайын материалдарды, татаал конструкцияларды жана атайын түзүлүштөрдү лазердик өндүрүшкө жетишүү микро-нано өндүрүшүнүн жаңы жолдорун ачат. Азыркы учурда, femtosecond лазер көп заманбап илимий тармактарда колдонулат: femtosecond лазер ар кандай оптикалык түзүлүштөрдү даярдоо үчүн колдонулушу мүмкүн, мисалы, microlens массивдери, бионикалык кошулма көз, оптикалык толкун өткөргүчтөрү жана metasurfaces; анын жогорку тактык, жогорку чечим жана үч өлчөмдүү иштетүү мүмкүнчүлүктөрүн колдонуу менен, femtosecond лазер, мисалы, microheater компоненттери жана үч өлчөмдүү microfluidic каналдар сыяктуу microfluidic жана optofluidic микросхемалардын даярдоо же бириктире алат; Мындан тышкары, femtosecond лазер, ошондой эле анти-чагылууга жетүү үчүн жер үстүндөгү микро-наноструктуралардын ар кандай түрлөрүн даярдай алат , анти-чагылуусу, супер-гидрофобдук, каршы муз жана башка милдеттери; Бул гана эмес, фемтосекунддук лазер биомедицина тармагында да колдонулуп, биологиялык микро-стенттер, клетка культурасынын субстраттары жана биологиялык микроскопиялык сүрөттөө сыяктуу тармактарда мыкты көрсөткүчтөрдү көрсөткөн. Кеңири колдонуу перспективалары. Учурда фемтосекунддук лазердик иштетүүнүн колдонуу чөйрөлөрү жылдан жылга кеңейүүдө. Жогоруда айтылган микро-оптика, микрофлюидика, көп функционалдуу микро-наноструктуралар жана биомедициналык инженерия колдонмолорунан тышкары, ал ошондой эле кээ бир өнүгүп келе жаткан тармактарда, мисалы, метабеттерди даярдоодо чоң роль ойнойт. , микро-нано өндүрүш жана көп өлчөмдүү оптикалык маалыматты сактоо ж.б.
Посттун убактысы: 2024-жылдын 17-апрели
