Modern gelişmiş imalatta, lazerler artık sadece kesme araçları değil, belirli zaman ölçeklerinde çalışan fiziksel araçlardır.Mühendislik malzemeleri silikon ve çelikten safirlere dönüşürken, elmas, seramik, geniş bantlı yarı iletkenler ve yüksek sıcaklıklı alaşımlar, bir lazerin darbelerinin süresi işleme kalitesini belirleyen baskın faktör haline gelir.

Günümüzde endüstriyel lazer işleme iki dürtü rejimi hakimdir:
Nanosaniye (ns) lazerler ve pikosaniye (ps) lazerler.
Farkları artışlı değildir, maddenin nasıl çıkarıldığındaki temel bir değişimi temsil eder.

1Nanosaniye lazerleri: ısı baskınlığındaki malzemelerin çıkarılması

Nanosaniye lazerleri tipik olarak 1 ile 100 ns arasında bir darbe genişliği ile çalışır. Bu zaman ölçeğinde, lazer – madde etkileşimi klasik bir termal yolu izler:

Foton emilimi → elektron uyarımı → ızgara ısıtması → erime → buharlaşma → yeniden katılaştırma

Başka bir deyişle, madde erimiş ve kaynatarak çıkarılır.

Bu mekanizma makroskobik kesim ve kaynak için iyi çalışır, ancak özellikle kırılgan veya ultra sert malzemeler için hassas mikro işleme konusunda ciddi sınırlamalar getirir.Uzun etkileşim süresi sıcaklığın çevredeki ızgara içine yayılmasına izin verir, üretiyor:

• Sıcaklıktan etkilenen bölge (HAZ)

• Erimiş malzemeden yeniden dökülen katmanlar

• Termal stres ve mikro çatlaklar

Safir, yakut, elmas, seramik veya SiC işlenirken, nanosaniye lazerleri genellikle kenar parçalanmasına, çatlamasına, kaba delik duvarlarına,ve boyut kontrolünün kaybı optikte kabul edilemez olan kusurlar, yarı iletken ve mikro-mekanik cihazlar.

2Piko saniye lazerleri: termal olmayan ablasyon rejimine giriyor

Piko saniye lazerleri, nanosaniye sistemlerinden üç büyüklük derecesinde daha kısa olan 1 ′′ 50 ps ′′ nükleer genişliklerde çalışır.Bu süre, heyecanlı elektronlardan kristal ızgaraya enerji aktarımı için gerekli olan karakteristik zamandan daha kısa.

Sonuç olarak, lazer ısı oluşmadan önce enerjisini depolar.

Bu etkileşim şöyle olur:

Foton emilişi → ultra hızlı iyonlaşma → plazma oluşumu → bağ kırılması → doğrudan madde atışı

Bu süreç atermik (veya soğuk) ablasyon olarak bilinir. Materyal erimiş değildir, atom ölçeğinde fiziksel olarak parçalanır.

Bu, çarpıcı şekilde farklı sonuçlara yol açar:

Ultra sert ve kırılgan malzemeler için, pikosaniye lazerler, nanosaniye lazerlerin ulaşamayacağı bir kontrol düzeyi sağlar.

3Mikro delme neden gerçek farkı ortaya çıkarıyor?

Modern mühendislikte, bir delik artık sadece bir açıklık değil, işlevsel bir yapıdır.

• Yarım iletken gaz kanalları ve TSV'ler

• Optik diyaframlar ve mikro lens dizileri

• Hava ve sıvı taşıma sistemleri

• Hızlı nozeller ve soğutma kanalları

Bu deliklerin genellikle sadece birkaç mikron çapı vardır ve yuvarlaklık, derinlik ve kenar bütünlüğünde sıkı toleranslar korumalıdır.

Nanosaniyeli lazerler erimeye dayanıyor, bu yüzden çatlak veya çarpıtmalar yaratmadan safir, elmas, seramik veya SiC'de bu tür yapıları üretmek için mücadele ediyorlar.Termal olmayan ablasyon yoluyla malzemeyi çıkarın., gerçek mikro ölçekli işlevsel mikro yapıları mümkün kılıyor.

4. Neden endüstriyel pikosaniye işleme bir sistem sorunudur

Pikasekond lazerlerinin avantajı sadece lazerden gelmez, tüm hareket, kontrol ve optik sisteme bağlıdır.

• Çeşitli eksenli senkronize hareket

• Mikron seviyesinde konumlandırma doğruluğu

• Programlanabilir araç yolları (G-kod veya CAD tabanlı)

• Gerçek zamanlı optik hizalama ve izleme

Modern pikosaniye mikro delme platformları dört eksenli hareket kontrolünü, yüksek büyütme CCD görme sistemlerini ve delik çapının, derinliğinin ve şeklinin dijital kontrolünü birleştirir.Bu özellikler, pikosaniye darbelerinin fiziksel avantajlarının tekrarlanabilir, üretim düzeyinde üretim kapasitesi.

5Sonuç: Zaman ölçeği üretim sınırlarını tanımlar.

Nanosaniye ve pikosaniye lazerleri arasındaki fark basitçe hız değil, malzemenin ısı veya ultra hızlı fizikle çıkarılıp çıkarılmamasıdır.

Mühendislik safir optiklere, elmas aletlere, seramik bileşenlere ve geniş bant aralığı olan yarı iletken substratlara doğru ilerledikçe, termal işleme sınırlarına ulaşıyor.Piko saniye lazerleri, ısı tabanlı işlemden termal olmayan hassas malzeme yapılandırmasına geçişi temsil eder.

Bu anlamda, pikosaniye lazer işleme sadece daha iyi bir araç değil, üretim için yeni bir fiziksel rejimdir.