Per què necessitem làsers polsats per ionitzar la matèria?

Làsers de polsJugueu un paper clau en la ionització de la matèria. Poden actuar amb precisió sobre la matèria en forma de polsos d’alta energia i extremadament curts, provocant que la matèria absorbeixi una gran quantitat d’energia en un curt període de temps i s’adonin ràpidament del procés d’ionització.

Característiques i avantatges dels làsers polsats
Característiques
1. Densitat d’alta potència i energia:
Els làsers pulsats poden produir una gran potència màxima i tenir una densitat de potència extremadament alta. Això fa que l’energia làser sigui molt concentrada en un temps molt curt, cosa que pot aconseguir processament i tractament d’alta precisió dels materials. La major potència (potència màxima) que pot aconseguir un sol pols és un dels indicadors importants dels làsers polsats, generalment mesurats en watts (w).

2. Amplada del pols curt:
L’amplada del pols fa referència a la durada d’un sol pols i és una propietat important dels làsers polsats. L’amplada del pols es mesura generalment en nanosegons, picosegons o fins i tot femtosegons.
L’amplada de pols més estreta ajuda a reduir la zona afectada per la calor, donant làsers polsats avantatges únics en camps com el mecanitzat de precisió i la cirurgia mèdica.
3. Taxa de repetició regulable:
La velocitat de repetició o la taxa de repetició de pols d’un làser polsat descriu el nombre de polsos emesos per segon o l’interval de pols de temps invers.
La taxa de repetició es pot ajustar segons els requisits específics de l'aplicació per complir diferents condicions de processament i experimentals.
4. Control de temps precís:
Els làsers pulsats poden aconseguir un control precís del temps d’emissió de pols, que és particularment important per a aplicacions que requereixen sincronització d’alta precisió.

Avantatges
1. Processament d’alta precisió:
A causa de l’alta potència i la densitat d’energia i l’amplada del pols curt del làser de pols, pot aconseguir un processament i tractament precisos de materials a escala microscòpica.
Aquesta capacitat de processament d’alta precisió fa que els làsers de pols tinguin perspectives d’aplicació àmplies en microelectrònica, optoelectrònica i altres camps.
2. Zona baixa afectada per la calor:
L’amplada del pols més estreta ajuda a reduir la zona afectada per la calor i a evitar reaccions adverses com la deformació i la fusió causades per un escalfament excessiu del material.
Això proporciona làsers de pols avantatges importants en camps com el processament de precisió i la cirurgia mèdica.
3. Alta taxa de repetició:
Els làsers de pols amb altes taxes de repetició poden emetre més polsos per unitat de temps, millorant així l'eficiència de processament i la velocitat d'adquisició de dades experimentals.
Això és especialment important per als escenaris que requereixen un gran nombre de polsos per processar o experiments.
4. Àmplia gamma de camps d’aplicació:
Els làsers de pols s’utilitzen àmpliament en molts camps a causa de les seves característiques de rendiment úniques. Per exemple, en l’àmbit mèdic, es poden utilitzar per al tractament oftalmàtic, el tractament de la pell, etc .; En el camp industrial, es poden utilitzar per a tallar metalls, soldadura, perforació i altres processos; En l’àmbit de la investigació científica, es poden utilitzar per a la investigació sobre processos ultrafastos i processament d’ultra precisió, etc.

El principi d’aplicació del làser polsat en la ionització de materials:
1. Procés de ionització d'un fotó i fotó:
Abans de l’aparició d’una forta tecnologia làser, la ionització de la matèria sota irradiació de la llum es pot entendre com el procés en què els electrons dels àtoms absorbeixen un sol fotó i la transició de l’estat lligat a l’estat continu. No obstant això, en molts casos, sobretot quan el potencial d’ionització de les molècules constituents com l’aire és molt superior a l’energia de fotons únics del làser de banda visible que s’utilitza, cal un procés d’ionització de diversos fotons. És a dir, els àtoms o les molècules absorbeixen múltiples fotons i transició a nivells d’energia més alts en una única interacció entre llum i matèria i, finalment, aconseguir una transició d’un estat lligat a un estat lliure.
2. Mecanisme d’ionització i ionització de túnel i allau:
Ionització del túnel: és un fenomen en la mecànica quàntica, que es refereix al procés en què els electrons units, sota l’acció d’un camp elèctric ultra-fort, passa per les seves barreres potencials i introduïu l’estat lliure mitjançant l’efecte túnel quàntic. Sota l’acció del fort camp elèctric generat pel làser femtosegon, la barrera potencial total que senten els electrons està deprimida o fins i tot aprimada, permetent que els electrons lligats passin per les barreres potencials a través de l’efecte de túnel quàntic, des de l’estat lligat fins a l’estat lliure, formant electrons lliures.
Ionització d’Avalanche: és un procés de reacció en cadena. Quan els electrons lliures inicials guanyen energia en un camp elèctric fort i xoquen amb àtoms o molècules del material, s’alliberaran més electrons lliures, formant així un efecte d’allaus ionitzat. Concretament, els electrons lliures inicials es poden generar mitjançant absorció de múltiples fotons o ionització de túnel, i després guanyar energia cinètica sota l’acció del camp làser, xocar amb àtoms i excitar més electrons lliures. Els electrons de nova generació repeteixen el procés anterior, donant lloc a un augment exponencial del nombre d’electrons.
3. La relació entre l'amplada del pols i l'eficiència de la ionització:
L’amplada del pols determina l’escala de temps de l’acció del làser sobre el material. Una amplada de pols més curta significa que el làser té un temps més curt per actuar sobre el material, però la densitat d’energia és més alta, cosa que pot induir un efecte físic més fort. Per exemple, l’amplada del pols d’un làser de pols femtosegona és extremadament curta, cosa que pot concentrar energia extremadament alta en una zona petita en molt poc temps, aconseguint així la ionització i processament eficients. En canvi, l’amplada del pols d’un làser de pols nanosegona és més llarga, l’energia es dispersa durant un temps relativament llarg i l’eficiència d’ionització és relativament baixa.

Alguns casos d'aplicació pràctics de làsers polsats en la ionització de materials:
1. Investigació sobre espectres d’ionització ultrafast d’àtoms i molècules:
Professor He Feng de l'Escola de Physics and Astronomy of Shanghai Jiao Tong University i el professor Wu Jian del laboratori estatal de l'espectroscòpia de precisió de la Universitat Normal de la Xina, han col·laborat per estudiar processos físics ultrafastos com la ionització i la dissociació molecular d'àtoms i molècules impulsades per unes pulsos de làser forts. Per exemple, van descobrir fenòmens com l’oscil·lació del rabi en el procés de dissociació molecular i supressió d’ionització d’àtoms sota l’acció d’un camp làser de dos colors, que va proporcionar una base important per comprendre el procés d’evolució depenent del temps dels sistemes quàntics microscòpics.

2. Aplicació de l’espectroscòpia d’avaria induïda per làser (LIBS) en l’anàlisi elemental:
La tecnologia LIBS genera plasma transitori mitjançant la interacció de làsers polsats amb densitat d’alta densitat amb matèria i analitza l’espectre d’emissió de plasma per determinar la composició i el contingut del material de la mostra. Aquesta tecnologia té les característiques de la destructivitat sense contacte, la baixa destructivitat, l’anàlisi remota ràpida i el control en línia simultània de diversos elements. Es pot aplicar a metal·lúrgia, identificació de relíquies culturals, arqueologia, biomedicina i altres camps.

3. Processament de materials i fabricació de micro-nano:
El làser femtosegona pot realitzar de manera eficient la mida del nivell de micres, la forma especial i el processament de precisió extrema. La superfície del material no té marques de fusió, vores suaus i netes i sense esquitxades. Per exemple, s’utilitza àmpliament en el tall de precisió de materials d’elèctrodes de bateria d’ions de liti, el tall de precisió de stents vasculars i el tall de precisió de les pantalles de telefonia mòbil. A més, el processament de micro-nano làser ultrafast també pot preparar una rica estructura jeràrquica de micron-nano a la superfície del material, millorar la taxa de conversió fotoelèctrica i fototèrmica del material i aplicar-se a superfícies antibacterianes i antibacterianes.

En general, els làsers pulsats tenen un paper vital en el procés d’ionització dels materials amb les seves úniques potència d’alta potència, l’amplada de pols curta i les característiques de control del temps precises. Aquestes propietats no només milloren l’eficiència d’ionització, sinó que també fan que el procés d’ionització sigui més precís i controlable, proporcionant una potent eina per a investigacions científiques i aplicacions industrials.

Informació de contacte:

Si teniu alguna idea, no dubteu a parlar -nos. Independentment d’on siguin els nostres clients i quins siguin els nostres requisits, seguirem el nostre objectiu per proporcionar als nostres clients els preus d’alta qualitat, baixos i el millor servei.