I historien om human videnskab og teknologi kan laserteknologiens fødsel kaldes en revolution i samspillet mellem lys og stof. Fra Einstein foreslog teorien om stimuleret stråling i 1917 til Maiman udviklede den første rubinlaser i 1960, trængte denne teknologi ind i forskellige områder som industri, medicinsk pleje, kommunikation og militær på kun et halvt århundrede og blev den centrale drivkraft for udviklingen af det moderne samfund. Som en ikonisk teknologi inden for optoelektronik redefinerer lasere ikke kun anvendelsesgrænserne for "lys", men viser også et ubegrænset potentiale inden for banebrydende-områder såsom intelligent fremstilling, biovidenskab og rumudforskning.
DEL 01
Laserens natur
Essensen af laser er lysforstærkning af stimuleret stråling (LASER). Baseret på Einsteins kvanteteori, gennem den synergistiske effekt af aktiverede medier (såsom gas, krystal), pumpekilde (energiinjektion) og optisk resonanshulrum, vendes og forstærkes partikeltallet. Faste fotoner danner en meget sammenhængende (fase-, frekvens- og retningskonsistent), ekstremt monokromatisk (snævert spektrum), fremragende retningsbestemmelse (lille divergensvinkel) og ekstremt lys stråle, der giver kernelyskildeunderstøttelse til moderne teknologi såsom kommunikation, fremstilling, medicinske og andre områder. Laserens natur gør den til den eneste lyskilde, der kan opfylde kravene om høj præcision, høj energi og høj kontrollerbarhed på samme tid. Det giver det fysiske grundlag for optisk fiberkommunikation (optisk bærer), præcisionsfremstilling (let kniv), medicinsk kirurgi (ikke-invasiv behandling), kvanteteknologi (enkelt fotonkilde) og gravitationsbølgedetektion (interferometer) osv., hvilket fuldstændig ændrer den moderne teknologi og industrielle struktur.
DEL 02
Anvendelse af laser i kommunikationsområdet
Kernefordelen ved laserteknologi ligger i dens "fire høje" egenskaber: høj retningsbestemmelse (stråledivergensvinklen er kun milliradianer), høj monokromaticitet (bølgelængdens renhed når 10^-6 nanometer), høj lysstyrke (sinevis af milliarder gange sollysets lysstyrke) og høj kohærens (den perfekte enhed af tidsmæssig sammenhæng). Disse egenskaber har ført til fremkomsten af tre store tekniske grene inden for optoelektronik.
Den første er informationsoptoelektronik, "lyshastighedskanalen" for data-torrent, den anden er bio-optoelektronik: biovidenskabernes "lysantenne", og den tredje er energioptoelektronik: "lysbladet" til præcis kontrol. Nedenfor introducerer vi hovedsageligt denne præcisions-lavede "lette kniv".
Som energibærer kan laser opnå præcisionsmaterialebehandling på mikron-niveau. Inden for industriel fremstilling undergraver den den traditionelle mekaniske behandlingsmodel med dens fordele som f.eks. ikke-kontaktbehandling og lille varme-berørt zone. Og det er mere tilpasningsdygtigt til de højere krav til nye materialer til præcisionsfremstilling.
DEL 03
Fordele ved laserbehandling
Laser "let kniv" omformer den moderne industris fremstillingsparadigme med dens fordele af høj præcision, høj effektivitet og høj tilpasningsevne:
Ved bearbejdning af super-hårde materialer smelter eller fordamper laseren direkte materialet ved at fokusere en-energi-tæthedsstråle (punktdiameteren kan være så lille som 10 μm), hvilket opnår berøringsfri behandling og undgår revner eller deformation forårsaget af mekanisk stress. Ved bearbejdning af nye materialer kan traditionel mekanisk bearbejdning let forårsage mikrorevner, når de står over for skøre materialer. Laserskæring kan kontrollere lasereffekttætheden ved at kontrollere lasereffekttætheden (104-10 grader W/cm²) og scanningshastigheden (20-80 mm/s), hvilket opnår spånfri skæring med blændenøjagtighed på ±2μm.
Til laserbehandling af halvledermaterialer (såsom siliciumwafers) bruges femtosekundlaser til at danne et modificeret lag inde i waferen, og den bindende kemiske ætsning muliggør chip-fri skæring med kerftab så lavt som 5μm, hvilket understøtter miniaturiseringsudviklingen af integrerede kredsløb.
