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飛秒激光有望攻克玻璃焊接難題

發表于:2018-09-10瀏覽:511次

飛秒激光是一種以脈沖形式運轉的激光,持續時間非常短,只有幾個飛秒,一飛秒就是10的負15次方秒,也就是1/1000萬億秒。

飛秒激光能否攻破玻璃焊接難題?

飛秒激光有非常高的瞬時功率,可達到百萬億瓦。飛秒激光的第三個特點是,它能聚焦到比頭發的直徑還要小的空間區域,使電磁場的強度比原子核對其周圍電子的作用力還高。


飛秒激光的這些特性是如何實現的呢?

高功率飛秒激光系統由四部分組成:振蕩器、展寬器、放大器和壓縮器。在振蕩器內,利用一種特殊技術獲得飛秒激光脈沖。展寬器將這個飛秒種子脈沖按不同波長在時間上拉開。放大器使這一展寬的脈沖獲得充分能量。壓縮器把放大后的不同成分的光譜再會聚到一起,恢復到飛秒寬度,從而形成具有高瞬時功率的飛秒激光脈沖。


眾所周知,物質是由分子和原子組成的,但是它們不是靜止的,都在快速地運動著,這是微觀物質的一個非常重要的基本屬性。飛秒激光的出現使人類在原子和電子的層面上觀察到這一超快運動過程。


基于這些科學上的發現,飛秒激光在物理學、生物學、化學控制反應、光通訊等領域中得到了廣泛應用。值得提出的是,由于飛秒激光具有快速和高分辨率特性,它在病變早期診斷、醫學成象和生物活體檢測、外科醫療及超小型衛星的制造上都有其優點和不可替代的作用。


物質在高強度飛秒激光的作用下會出現非常奇特的現象:氣態、液態、固態的物質瞬息間變成了等離子體。這種等離子體可以輻射出各種波長的射線的激光。高功率飛秒激光與電子束碰撞能夠產生硬X射線飛秒激光,產生β射線激光,產生正負電子對。


高功率飛秒激光在醫學、超精細微加工、高密度信息儲存和記錄方面都有著很好的發展前景。高功率飛秒激光還可以將大氣擊穿,從而制造放電通道,實現人工引雷,避免飛機、火箭、發電廠因雷擊而造成的災難性破壞。


利用飛秒激光能夠加速電子,使加速器的規模得到壓縮。高功率飛秒激光與物質相互作用,能夠產生足夠數量的中子,實現激光受控核聚變的快速點火。從而為人類實現新一代能源開辟一條嶄新的途徑 。


飛秒激光是過去由激光科學發展起來的強有力的新工具之一。飛秒脈沖是如此的短,目前已經達到了4fs以內。1飛秒(fs) ,即10-15s ,僅僅是1千萬億分之一秒,如果將10fs作為幾何平均來衡量宇宙,其壽命僅不過1min而已;飛秒脈沖又是如此之強,采用多級啁啾脈沖放大(CPA)技術獲得的最大脈沖峰值功率可達到百太瓦(TW,即1012W)甚至拍瓦(PW,即1015W)量級,其可聚焦強度比將太陽輻射到地球上的全部光聚焦成針尖般大小后的能量密度還要高。


飛秒脈沖激光的應用是人們利用它作為光源, 形成多種時間分辨光譜技術和泵浦/探測技術。它的發展直接帶動物理、化學、生物、材料與信息科學的研究進入微觀超快過程領域, 并開創了一些全新的研究領域, 如飛秒化學、量子控制化學、半導體相干光譜等。飛秒脈沖激光與納米顯微術的結合, 使人們可以研究半導體的納米結構(量子線、量子點和納米晶體)中的載流子動力學。


在生物學方面,人們正在利用飛秒激光技術所提供的差異吸收光譜、泵浦/ 探測技術, 研究光合作用反應中心的傳能、轉能與電荷分離過程。超短脈沖激光還被應用于信息的傳輸、處理與存貯方面。


利用啁啾脈沖放大技術實現的臺式太瓦激光的成功運轉始于1988年,這一成果標志著在實驗室內飛秒強光物理研究的開始。


在這一領域研究中,由于超短激光場的作用已相當于或者大大超過原子中電子所受到的束縛場,微擾論已不能成立,新的理論處理有待于發展。在1020W / cm2的光強下,可以實現模擬天體物理現象的研究。


中國科學院上海光機所趙全忠教授在一次“飛秒激光焊接玻璃”主題演講中,重點介紹了飛秒激光技術及其應用。趙全忠教授說:“玻璃焊接被認為是焊接領域一大難題。這主要是由于激光能量很難被透明材料吸收,玻璃材料硬脆難于加工,另外熱效應將影響玻璃通透性。相對于紫外激光焊接,由于飛秒激光的多光子吸收效應只在焦點位置發生反應,因此飛秒激光焊接正成為玻璃焊接的有效解決方案?!?/span>


飛秒激光焊接玻璃主要是通過將激光聚焦在玻璃連接處,通過調節飛秒激光脈沖能量及掃描速度等參數,在玻璃表面形成熔化效應從而使得玻璃焊接在一起。隨著集成化發展,往往需要玻璃與半導體及金屬等材料焊接,飛秒激光未來在這些焊接領域有望實現進一步突破。

文章來源:OFweek

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