Proč potřebujeme pulzní lasery pro ionizaci hmoty?

Pulzní laseryhrát klíčovou roli při ionizaci hmoty. Mohou přesně jednat na hmotě ve formě vysoce energetických, extrémně krátkých pulzů, což způsobuje, že záležitost absorbuje velké množství energie v krátkém časovém období a rychle si uvědomí ionizační proces.

Charakteristiky a výhody pulzních laserů
Charakteristiky
1. Vysoká hustota energie a energie:
Pulzní lasery mohou vydat vysokou špičkovou výkon a mají extrémně vysokou hustotu výkonu. Díky tomu je laserová energie vysoce koncentrovaná ve velmi krátké době, která může dosáhnout vysoce přesného zpracování a léčby materiálů. Nejvyšší výkon (maximální výkon), kterého může dosáhnout jediného pulzu, je jedním z důležitých ukazatelů pulzních laserů, obvykle měřených ve wattech (W).

2. Krátká šířka pulsu:
Šířka pulsu odkazuje na dobu trvání jediného impulsu a je důležitou vlastností pulzních laserů. Šířka pulsu se obvykle měří v nanosekundách, pikosekundách nebo dokonce femtosekundách.
Užší šířka pulsu pomáhá snižovat zónu zasaženou teplem a dává pulzní lasery jedinečné výhody v polích, jako je přesné obrábění a lékařská chirurgie.
3. nastavitelná míra opakování:
Míra opakování nebo míra opakování pulzu pulzního laseru popisuje počet emitovaných pulzů za sekundu nebo interval opačného času pulzu.
Míra opakování může být upravena podle specifických požadavků na aplikaci tak, aby splňovaly různé zpracování a experimentální podmínky.
4. Přesná kontrola času:
Pulzní lasery mohou dosáhnout přesné kontroly doby emise pulsu, což je zvláště důležité pro aplikace, které vyžadují vysoce přesnou synchronizaci.

Výhody
1. Vysokohodinové zpracování:
Vzhledem k vysoké hustotě energie a energie a krátké šířky pulsu pulzního laseru může dosáhnout přesného zpracování a zpracování materiálů v mikroskopickém měřítku.
Tato vysoce přesná schopnost zpracování způsobuje, že lasery pulsů mají široké vyhlídky na aplikace v mikroelektronice, optoelektronice a dalších oborech.
2. Zóna nízké zóny zasažená teplem:
Užší šířka pulsu pomáhá snižovat zónu postiženou teplem a vyhýbat se nežádoucím účinkům, jako je deformace a tání způsobené nadměrným vytápěním materiálu.
To poskytuje pulzní lasery významné výhody v oborech, jako je přesné zpracování a lékařská chirurgie.
3. vysoká míra opakování:
Pulzní lasery s vysokou rychlostí opakování mohou emitovat více pulzů za jednotku času, čímž se zlepšuje účinnost zpracování a experimentální rychlost získávání dat.
To je zvláště důležité pro scénáře, které vyžadují velké množství impulsů pro zpracování nebo experimenty.
4. Široká škála aplikačních polí:
Pulzní lasery se široce používají v mnoha oborech kvůli jejich jedinečným výkonnostním charakteristikám. Například v lékařské oblasti mohou být použity pro oftalmické ošetření, kožní ošetření atd.; V průmyslovém poli mohou být použity pro řezání kovů, svařování, vrtání a další procesy; V oblasti vědeckého výzkumu mohou být použity pro výzkum ultrarychlých procesů a ultra-přesného zpracování atd.

Princip aplikace pulzního laseru při ionizaci materiálu:
1. Proces ionizace s jedním fototonem a multifotonem:
Před vznikem silné laserové technologie lze ionizaci hmoty za ozáření světla chápat jako proces, ve kterém elektrony v atomech absorbují jeden foton a přechází z vázaného stavu do kontinuálního stavu. V mnoha případech, zejména když je ionizační potenciál molekul složek, jako je vzduch, je mnohem větší než jediná fotonová energie použitého laseru viditelného pásma, je nutný multifotonový ionizační proces. To znamená, že atomy nebo molekuly absorbují více fotonů a přecházejí na vyšší energetické hladiny v jediné interakci mezi světlem a hmotou a nakonec dosáhnou přechodu z vázaného stavu do volného stavu.
2. mechanismus ionizace tunelu a lavinového ionizace:
Ionizace tunelu: Jedná se o jev v kvantové mechanice, který se týká procesu, ve kterém vázané elektrony pod působením externího ultra-silného elektrického pole procházejí jejich potenciálními bariérami a vstupují do volného stavu prostřednictvím kvantového tunelového efektu. Pod působením silného elektrického pole generovaného femtosekundovým laserem je celková potenciální bariéra pociťovaná elektrony depresivní nebo dokonce ztenčena, což umožňuje vázaným elektronám procházet potenciálními bariérami kvantovým tunelovým efektem, od vázaného stavu do volného stavu a vytváří volné elektrony.
Ionizace laviny: Jedná se o proces řetězové reakce. Když počáteční volné elektrony získávají energii v silném elektrickém poli a srazí se s atomy nebo molekulami v materiálu, budou dále uvolněny více volných elektronů, čímž se vytvoří ionizovaný lavinový efekt. Konkrétně mohou být počáteční volné elektrony generovány absorpcí multifotonu nebo tunelovou ionizací a poté získat kinetickou energii pod působením laserového pole, srážkou s atomy a vzrušují více volných elektronů. Nově generované elektrony opakují výše uvedený proces, což má za následek exponenciální zvýšení počtu elektronů.
3. Vztah mezi šířkou pulsu a účinností ionizace:
Šířka pulsu určuje časové stupnice působení laseru na materiál. Kratší šířka impulsu znamená, že laser má kratší dobu na jednání na materiál, ale hustota energie je vyšší, což může vyvolat silnější fyzický účinek. Například šířka pulsu femtosekundového pulzního laseru je extrémně krátká, což může soustředit extrémně vysokou energii v malé oblasti ve velmi krátké době, čímž se dosahuje efektivní ionizace a zpracování. Naproti tomu šířka pulsu nanosekundového pulzního laseru je delší, energie je rozptýlena po relativně dlouhou dobu a účinnost ionizace je relativně nízká.

Některé praktické aplikace aplikací pulzních laserů při ionizaci materiálu:
1. výzkum ultrarychlé ionizační spektra atomů a molekul:
Profesor Feng ze školy fyziky a astronomie univerzity v Šanghaji Jiao Tong University a profesor Wu Jian ze státní klíčové laboratoře přesné spektroskopie normální univerzity ve východní Číně se spolupracoval na studiu ultrarychlé fyzikálních procesů, jako je ionizace a molekulární disociace atomů a molekul poháněných femtosecond silnou laserovou pulsou. Například objevili jevy, jako je rabi oscilace v procesu molekulární disociace a ionizační potlačení atomů při účinku dvoubarevného laserového pole, což poskytlo důležitý základ pro pochopení procesu evoluce mikroskopických kvantových systémů závislý na čase.

2. Aplikace rozkladové spektroskopie vyvolané laserem (LIBS) v elementární analýze:
Technologie LIBS generuje přechodnou plazmu interakcí pulzních laserů s vysokou výkonnou hustotou s hmotou a analyzuje emisní spektrum plazmy pro stanovení složení materiálu a obsahu vzorku. Tato technologie má charakteristiky nekontaktní, nízké destruktivity, rychlou vzdálenou analýzu na místě a současného online monitorování více prvků. Může být aplikován na metalurgii, kulturní reliální identifikaci, archeologii, biomedicínu a další oblasti.

3. zpracování materiálu a mikro-nano výroba:
Femtosekundový laser si může efektivně realizovat velikost mikronové úrovně, speciální tvar a extrémní přesné zpracování. Povrch materiálu nemá žádné značky tání, hladké a čisté hrany a žádné stříkající. Například se široce používá při přesném řezání lithium-iontových elektrodových materiálů, přesné řezání vaskulárních stentů a přesné řezání obrazovek mobilních telefonů. Kromě toho může ultrarychlé laserové mikro-nano zpracování také připravit bohatou hierarchickou strukturu mikron na nanosti na povrchu materiálu, zlepšit fotoelektrickou a fototermální rychlost přeměny materiálu a být aplikována na antibakteriální a antibakcteriální povrchy.

Obecně platí, že pulzní lasery hrají zásadní roli v ionizačním procesu materiálů s jejich jedinečným vysokým výkonem, šířkou krátkého pulsu a přesným charakteristikou kontroly času. Tyto vlastnosti nejen zlepšují účinnost ionizace, ale také zvyšují přesnější a kontrolovatelnější proces ionizace, což poskytuje výkonný nástroj pro vědecký výzkum a průmyslové aplikace.

Kontaktní informace:

Pokud máte nějaké nápady, neváhejte s námi mluvit. Bez ohledu na to, kde jsou naši zákazníci a jaké jsou naše požadavky, budeme sledovat náš cíl, abychom našim zákazníkům poskytli vysoce kvalitní, nízké ceny a nejlepší služby.