Защо се нуждаем от импулсни лазери, за да йонизираме материята?

Пулсови лазерииграят ключова роля в йонизацията на материята. Те могат точно да действат върху материята под формата на високоенергийни, изключително къси импулси, което води до поемане на голямо количество енергия за кратък период от време и бързо да осъзнае процеса на йонизация.

Характеристики и предимства на импулсни лазери
Характеристики
1. Висока мощност и енергийна плътност:
Импулсните лазери могат да изведат висока пикова мощност и да имат изключително висока плътност на мощността. Това прави лазерната енергия силно концентрирана за много кратко време, което може да постигне високо прецизна обработка и обработка на материали. Най -високата мощност (пикова мощност), която може да постигне един импулс, е един от важните показатели за импулсни лазери, обикновено измерени във вата (W).

2. Къса ширина на импулса:
Ширината на импулса се отнася до продължителността на един импулс и е важно свойство на импулсни лазери. Ширината на импулса обикновено се измерва в наносекунди, пикосекунди или дори фемтосекунди.
По-тесната ширина на импулса помага за намаляване на засегнатата от топлина зона, като дава на импулсни лазери уникални предимства в полета като прецизна обработка и медицинска хирургия.
3. Коефициент на регулиране на повторението:
Скоростта на повторение или скоростта на повторение на импулса на импулсен лазер описва броя на импулсите, излъчвани в секунда или интервала на импулса на обратното време.
Степента на повторение може да бъде коригирана според специфичните изисквания за приложение, за да се отговори на различни условия за обработка и експериментални условия.
4. Точен контрол на времето:
Импулсните лазери могат да постигнат прецизен контрол на времето на пулса, което е особено важно за приложения, които изискват синхронизация с висока точност.

Предимства
1. Високо прецизна обработка:
Поради високата мощност и енергийната плътност и късата ширина на импулса на пулсовия лазер, тя може да постигне прецизна обработка и обработка на материали в микроскопична скала.
Тази способност за обработка с висока точност прави пулсовите лазери да имат широки перспективи за приложение в микроелектрониката, оптоелектрониката и други полета.
2. Ниска зона, засегната от топлина:
По-тесната ширина на импулса помага за намаляване на засегнатата от топлина зона и избягване на нежелани реакции като деформация и топене, причинени от прекомерно нагряване на материала.
Това дава на пулсовите лазери значителни предимства в области като прецизна обработка и медицинска хирургия.
3. Висока степен на повторение:
Пулсовите лазери с висока скорост на повторение могат да излъчват повече импулси за единица време, като по този начин подобряват ефективността на обработката и скоростта на събиране на данни.
Това е особено важно за сценариите, които изискват голям брой импулси за обработка или експерименти.
4. Широка обхват на полета за приложение:
Пулсовите лазери се използват широко в много полета поради техните уникални характеристики на производителността. Например, в медицинската област те могат да се използват за офталмологично лечение, лечение на кожата и др.; В индустриалното поле те могат да се използват за рязане на метали, заваряване, пробиване и други процеси; В областта на научните изследвания те могат да бъдат използвани за изследване на ултрабързи процеси и ултра прецизна обработка и т.н.

Принципът на приложение на импулсен лазер при материална йонизация:
1. Процес на еднофотонна и многофотонна йонизация:
Преди появата на силна лазерна технология, йонизацията на материята под светло облъчване може да се разбере като процес, при който електроните в атомите абсорбират един фотон и преход от свързаното състояние към непрекъснато състояние. Въпреки това, в много случаи, особено когато йонизационният потенциал на съставните молекули като AIR е много по-голям от единичната фотонова енергия на използвания лазер на видимата лента, е необходим процес на многофотонна йонизация. Тоест, атомите или молекулите абсорбират множество фотони и преход към по -високи енергийни нива в едно взаимодействие между светлина и материя и накрая постигат преход от обвързано състояние към свободно състояние.
2. Механизъм за йонизация на тунела и лавина:
Тунелна йонизация: Това е явление в квантовата механика, което се отнася до процеса, в който обвързаните електрони, под действието на външно ултра-силно електрическо поле, преминават през техните потенциални бариери и влизат в свободното състояние чрез квантовия ефект на тунели. При действието на силното електрическо поле, генерирано от фемтосекундния лазер, общата потенциална бариера, усещана от електроните, е депресирана или дори изтънена, което позволява на свързаните електрони да преминат през потенциалните бариери през квантовия тунелен ефект, от свързаното състояние до свободното състояние, образувайки свободни електрони.
Лавина йонизация: Това е процес на верижна реакция. Когато първоначалните свободни електрони придобиват енергия в силно електрическо поле и се сблъскат с атоми или молекули в материала, ще се освободят повече свободни електрони, като по този начин се образува йонизиран лавински ефект. По-конкретно, първоначалните свободни електрони могат да бъдат генерирани чрез многофтонна абсорбция или йонизация на тунели и след това да се получат кинетична енергия под действието на лазерното поле, да се сблъскат с атоми и да възбуждат повече свободни електрони. Наскоро генерираните електрони повтарят горния процес, което води до експоненциално увеличаване на броя на електроните.
3. Връзката между ширината на импулса и ефективността на йонизацията:
Ширината на импулса определя времевата скала на действието на лазера върху материала. По -късата ширина на импулса означава, че лазерът има по -кратко време да действа върху материала, но енергийната плътност е по -висока, което може да предизвика по -силен физически ефект. Например, ширината на импулса на фемтосекундния пулсов лазер е изключително къса, която може да концентрира изключително висока енергия в малка зона за много кратко време, като по този начин постига ефективна йонизация и обработка. За разлика от тях, ширината на импулса на наносекундния пулсов лазер е по -дълга, енергията се диспергира за сравнително дълго време, а ефективността на йонизацията е сравнително ниска.

Някои практически случаи на приложения на импулсни лазери при съществена йонизация:
1. Изследвания на спектрите на ултрабързииране на йонизация на атомите и молекулите:
Професор той фън от Училището по физика и астрономия на университета в Шанхай Джиао Тонг и професор Ву Джиан от Държавната ключова лаборатория по прецизна спектроскопия на нормалния университет в Източен Китай си сътрудничи за изучаване на ултрабързи физически процеси като йонизация и молекулярна дисоциация на атоми и молекули, изтъквани от фемтосекундните силни лазерни пулси. Например, те откриха явления като раби трептене в процеса на молекулярна дисоциация и потискане на йонизацията на атомите под действието на двуцветно лазерно поле, което даде важна основа за разбиране на процеса на еволюция на еволюцията на микроскопичните квантови системи.

2. Прилагане на лазерно индуцирана спектроскопия (LIBS) при елементарен анализ:
Технологията LIBS генерира преходна плазма чрез взаимодействие на импулсни лазери с висока мощност с материя и анализира спектъра на плазмената емисия, за да определи материалния състав и съдържанието на пробата. Тази технология има характеристиките на безконтактната, ниска разрушителност, бърз in-situ дистанционен анализ и едновременно онлайн мониторинг на множество елементи. Тя може да се приложи за металургия, идентификация на културата, археология, биомедицина и други области.

3. Обработка на материали и производство на микронано:
Femtosecond лазерът може ефективно да реализира размер на микрона, специална форма и екстремна прецизна обработка. Материалната повърхност няма топени следи, гладки и чисти ръбове и няма пръски. Например, той се използва широко при прецизното рязане на литиево-йонни електродни материали, прецизното рязане на съдовите стентове и прецизното рязане на екраните на мобилните телефони. В допълнение, ултрабързата лазерна микронано обработка може също да подготви богата йерархична структура на микрона-нано върху повърхността на материала, да подобри фотоелектрическата и фототермалната скорост на конверсия на материала и да се прилага към антибактериални и антибактериални повърхности.

Като цяло, импулсните лазери играят жизненоважна роля в процеса на йонизация на материалите с тяхната уникална висока мощност, къса ширина на импулса и прецизни характеристики на контрола на времето. Тези свойства не само подобряват ефективността на йонизацията, но и правят процеса на йонизация по -прецизен и контролируем, осигурявайки мощен инструмент за научни изследвания и индустриални приложения.

Информация за контакт:

Ако имате някакви идеи, не се колебайте да говорите с нас. Без значение къде са нашите клиенти и какви са нашите изисквания, ние ще следваме нашата цел да предоставим на нашите клиенти висококачествени, ниски цени и най -доброто обслужване.