Навіщо нам потрібні імпульсні лазери до іонізованої речовини?

Пульсові лазеривідіграють ключову роль у іонізації речовини. Вони можуть точно діяти на матерію у вигляді високоенергетичних, надзвичайно коротких імпульсів, внаслідок чого ця справа поглинула велику кількість енергії за короткий проміжок часу і швидко реалізує процес іонізації.

Характеристики та переваги імпульсних лазерів
Характеристики
1. Висока потужність та щільність енергії:
Імпульсні лазери можуть виводити високу пікову потужність і мати надзвичайно високу щільність потужності. Це робить лазерну енергію дуже концентрованою за дуже короткий час, що може досягти високоточної обробки та обробки матеріалів. Найвища потужність (пікова потужність), яку може досягти один імпульс, є одним із важливих показників імпульсних лазерів, зазвичай вимірюваних у Ватт (Вт).

2. Ширина короткої імпульсу:
Ширина імпульсу відноситься до тривалості одного імпульсу і є важливою властивістю імпульсних лазерів. Ширина імпульсу зазвичай вимірюється в наносекундах, пікосекундах або навіть фемтосекундах.
Більш вузька ширина імпульсу допомагає зменшити зону, що постраждав від тепла, надаючи імпульсні лазери унікальні переваги в таких полях, як точна обробка та медична хірургія.
3. Регульований показник повторення:
Швидкість повторення або швидкість повторення імпульсу імпульсного лазера описує кількість імпульсів, що випромінюються в секунду, або зворотного інтервалу імпульсу часу.
Швидкість повторення може бути скоригована відповідно до конкретних вимог до застосування для задоволення різних умов обробки та експериментів.
4. Точний контроль за часом:
Імпульсні лазери можуть досягти точного контролю часу викидів імпульсу, що особливо важливо для застосувань, які потребують високоточної синхронізації.

Переваги
1. Високоточна обробка:
Завдяки високій потужності та щільності енергії та короткій ширині імпульсу пульсового лазера, він може досягти точної обробки та обробки матеріалів у мікроскопічній шкалі.
Ця високоточна здатність до обробки змушує імпульсних лазерів мати широкі перспективи застосування в мікроелектроніці, оптоелектроніці та інших галузях.
2. Зона, що впливають на тепло:
Більш вузька ширина імпульсу допомагає зменшити зону, що постраждала від тепла, і уникнути побічних реакцій, таких як деформація та плавлення, спричинене надмірним нагріванням матеріалу.
Це дає імпульсні лазери значні переваги в таких галузях, як точність переробки та медична хірургія.
3. Високий показник повторення:
Пульсні лазери з високими показниками повторення можуть випромінювати більше імпульсів за одиницю часу, тим самим покращуючи ефективність обробки та експериментальну швидкість збору даних.
Це особливо важливо для сценаріїв, які потребують великої кількості імпульсів для обробки чи експериментів.
4. Широкий спектр полів застосування:
Пульсні лазери широко використовуються у багатьох галузях завдяки їх унікальній характеристиці продуктивності. Наприклад, у медичній галузі їх можна використовувати для офтальмологічного лікування, лікування шкіри тощо; У промисловому полі їх можна використовувати для різання металів, зварювання, буріння та інших процесів; У галузі наукових досліджень вони можуть бути використані для дослідження надшвидких процесів та надточної обробки тощо.

Принцип застосування імпульсного лазера в іонізації матеріалу:
1. Процес іонізації однофотонної та багатофотонної іонізації:
Перед появою сильної лазерної технології іонізація речовини під опроміненням світла може бути зрозуміла як процес, в якому електрони в атомах поглинають один фотон і перехід від пов'язаного стану до безперервного стану. Однак у багатьох випадках, особливо коли іонізаційний потенціал складових молекул, таких як повітря, набагато більший, ніж енергія одиничної фотонної видимих ​​смуг, що використовується, потрібен процес іонізації мультифотону. Тобто атоми або молекули поглинають кілька фотонів і перехід до більш високих рівнів енергії в одній взаємодії між світлом і речовиною, і, нарешті, досягти переходу від пов'язаного стану до вільного стану.
2. Механізм іонізації тунелю та іонізації лавини:
Тунельна іонізація: це явище в квантовій механіці, що стосується процесу, в якому пов'язані електрони під дією зовнішнього надистячого електричного поля проходять через свої потенційні бар'єри та вступають у вільний стан через квантовий ефект тунелювання. Під дією сильного електричного поля, що генерується фемтосекундним лазером, загальний потенційний бар'єр, який відчувається електронами, пригнічений або навіть стоншується, що дозволяє пов'язаним електронам проходити через потенційні бар'єри через квантовий ефект тунелювання, від пов'язаного стану до вільного стану, утворюючи вільні електрони.
Іонізація лавини: це процес ланцюгової реакції. Коли початкові вільні електрони отримують енергію в сильному електричному полі і стикаються з атомами або молекулами в матеріалі, більше вільних електронів будуть додатково вивільнені, таким чином утворюючи іонізований ефект лавини. Зокрема, початкові вільні електрони можуть генерувати шляхом багатофотонної поглинання або іонізації тунелювання, а потім набрати кінетичну енергію під дією лазерного поля, зіткнутися з атомами і збуджують більш вільні електрони. Новостворені електрони повторюють вищевказаний процес, що призводить до експоненціального збільшення кількості електронів.
3. Зв'язок між шириною імпульсу та ефективністю іонізації:
Ширина імпульсу визначає часову шкалу дії лазера на матеріал. Більш коротка ширина імпульсу означає, що лазер має коротший час для діяти на матеріал, але щільність енергії вища, що може викликати сильніший фізичний ефект. Наприклад, ширина імпульсу фемтосекундного імпульсного лазера надзвичайно коротка, яка може зосередитися надзвичайно високою енергією за невелику область за дуже короткий час, тим самим досягаючи ефективної іонізації та обробки. Навпаки, ширина імпульсу наносекундного імпульсного лазера довше, енергія дисперсується протягом відносно тривалого часу, а ефективність іонізації відносно низька.

Деякі практичні випадки застосування імпульсних лазерів у матеріальній іонізації:
1. Дослідження ультрашвидких іонізаційних спектрів атомів та молекул:
Професор, який він фен зі Школи фізики та астрономії Шанхая Цзяо Тонг університету та професора Ву Цзянь з Державної ключової лабораторії точності точності в Східно -Китайському Нормальному університеті, співпрацювали з вивченням ультрашвидких фізичних процесів, таких як іонізація та молекулярна дисоціація атомів та молекул, керованих фемтосекундними силовими пульсами. Наприклад, вони виявили такі явища, як коливання Рабі в процесі молекулярної дисоціації та придушення іонізації атомів під дією двоколірного лазерного поля, що дало важливу основу для розуміння процесу еволюції, що залежить від часу мікроскопічних квантових систем.

2. Застосування спектроскопії розбиття лазерними (LIB) в елементарному аналізі:
Технологія LIBS генерує перехідну плазму шляхом взаємодії імпульсних лазерів з високою потужністю з речовиною та аналізує спектр викидів у плазмі для визначення складу матеріалу та вмісту вибірки. Ця технологія має характеристики безконтактної, низької руйнівності, швидкого віддаленого аналізу на SITU та одночасного моніторингу в Інтернеті декількох елементів. Він може бути застосований до металургії, культурної реліктовики, археології, біомедицини та інших галузей.

3. Обробка матеріалів та виробництво мікро-нано:
Фемтосекундний лазер може ефективно реалізувати розмір рівня мікрона, спеціальну форму та екстремальну точність обробки. Поверхня матеріалу не має значків плавлення, гладких і чистих країв, і немає бризок. Наприклад, він широко використовується при точності розрізання матеріалів електрода літій-іонного акумулятора, точному розрізанні судинних стентів та точному розрізанні екранів мобільних телефонів. Крім того, ультрашастна лазерна мікро-нано-обробка також може підготувати багату ієрархічну структуру мікрона-нано на поверхні матеріалу, покращити швидкість фотоелектричної та фототермічної конверсії матеріалу та застосовуватись до антибактеріальних та антибактеріальних поверхонь.

Загалом, імпульсні лазери відіграють життєво важливу роль у процесі іонізації матеріалів з їх унікальною високою потужністю, короткою шириною імпульсу та точними характеристиками контролю за часом. Ці властивості не тільки підвищують ефективність іонізації, але й роблять процес іонізації більш точним та керованим, забезпечуючи потужний інструмент для наукових досліджень та промислових застосувань.

Контактна інформація:

Якщо у вас є якісь ідеї, не соромтеся поговорити з нами. Незалежно від того, де наші клієнти та які наші вимоги, ми будемо слідувати нашій меті, щоб забезпечити нашим клієнтам високу якість, низькі ціни та найкращу послугу.