الاتجاهات في تكنولوجيا الليزر: ما الذي يمكن أن تحققه أشعة الليزر ذات النبضات القصيرة

تتميز ليزرات النبضات القصيرة بخصائص فريدة. وتستخدمها الصناعة في مجموعة متنوعة من التطبيقات. فمن ناحية، تضم هذه الفئة ليزرات ذات نبضات قصيرة تبلغ مدة النبضة فيها نطاق النانوثانية، أي ما يُعرف بليزرات النانوثانية. ومن ناحية أخرى، تشمل أيضًا ليزرات النبضات فائقة القصر التي تتراوح مدة نبضاتها بين البيكو ثانية والفيمتو ثانية، والمعروفة باسم ليزرات البيكو ثانية والليزرات الفيمتو ثانية.

نظرًا لقصر مدة تعرض المادة لشعاع الليزر، تكون المنطقة المتأثرة بالحرارة صغيرة جدًّا، وهو ما يُعرف أيضًا باسم «الاستئصال البارد». في هذه العملية، لا تُذوب المادة بل تتبخر. يتيح الامتصاص غير الخطي لأشعة الليزر ذات النبضات القصيرة معالجة أي مادة تقريبًا، مثل المعادن والمواد غير المعدنية، مثل الفولاذ والنحاس والنحاس الأصفر والسيراميك والبلاستيك والزجاج.

1 تنظيف المكونات وتنظيمها في خطوة واحدة فقط
يستخدم المستخدمون ليزرات النبضات القصيرة لتنظيف المكونات. ويمكنها إزالة الطلاء عن المعادن، أي إزالة المواد الثانوية. ومع مدخلات طاقة عالية مناسبة، يمكن أيضًا معالجة المكون نفسه، على سبيل المثال، لتشكيله. يقول ستيفن روبلينغ، مدير المنتجات في شركة TRUMPF بمدينة ديتزينغن، ألمانيا: “يمكن تحقيق جميع هذه التطبيقات باستخدام نفس الليزر ذي النبضات القصيرة.” وللقيام بذلك، لا يحتاج المستخدم سوى إلى ضبط مستوى الطاقة ومعدل تكرار النبضات ومقدار التغذية. وعند الضرورة، يمكن لليزر ذي النبضات القصيرة إنجاز مهام مثل التنظيف والتشكيل في خطوة واحدة.
وضع علامات متغيرة اللون على أي مادة: يمكن لليزرات ذات النبضات فائقة القصر وضع علامات على مواد يصعب معالجتها باستخدام تقنيات الليزر الأخرى. على سبيل المثال، يمكن وضع علامات على المواد البلاستيكية، التي تتطلب عادةً استخدام إضافات ليزرية. ولا تحتاج أشعة الليزر ذات النبضات فائقة القصر إلى إضافة أي مواد مساعدة، مما يوفر التكاليف والوقت. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لأشعة الليزر ذات النبضات فائقة القصر أيضًا إنشاء علامات ذات تباين جيد ومقاومة عالية للتآكل. في الصناعة الطبية، على سبيل المثال، تُوضع علامات سوداء عالية التباين ومقاومة للتآكل على الأدوات الجراحية المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ باستخدام هذا النوع من الليزر.

2: مناسب لمجموعة متنوعة من المواد ومختلف سيناريوهات الاستخدام
يمكن أيضًا استخدام الليزر ذي النبضات القصيرة في عمليات التشكيل بالليزر. وبالمقارنة مع السفع الرملي أو الحفر الكيميائي أو الطحن، يُعد التشكيل بالليزر بديلاً نظيفًا وسريعًا ولا يتطلب التلامس. يمكن لأشعة الليزر ذات النبضات القصيرة معالجة مجموعة متنوعة من المعادن. وللقيام بذلك، لا يحتاج المستخدمون سوى إلى ضبط معلمات الليزر، مثل قوة الليزر وسرعة المعالجة، وفقًا للظروف المختلفة للمعدن.
تُعد الليزرات أداة مهمة في تصنيع الخلايا الشمسية.
قبل تجميع الهاتف المحمول أو الجهاز اللوحي، يجب قص كل شاشة من الخلية.
خلال عمليات القطع هذه، يجب تقليل المنطقة المتأثرة بالحرارة إلى أدنى حد ممكن لتجنب إتلاف الدائرة الكهربائية، من بين أسباب أخرى. وفي الهواتف القابلة للطي، قد تصبح الفقاعات والشقوق الدقيقة التي تتشكل في المنطقة المتأثرة بالحرارة مصدرًا لتكوّن الشقوق الكبيرة أو توسعها في نهاية المطاف. لذلك، يجب أن تكون المواصفات القصوى للمنطقة المتأثرة بالحرارة عند قطع الهواتف المحمولة ذات الشكل النموذجي أقل من 100 ميكرومتر. أما بالنسبة للشاشات القابلة للطي، فيجب أن تكون أقل من 50 ميكرومتر. وعند قطع الثقوب، من الشائع أن تكون المنطقة المتأثرة بالحرارة القصوى المسموح بها أقل من 20 ميكرومتر.

3 تطبيقات عملية في مختلف القطاعات
في الآونة الأخيرة، تزايد الطلب على المعالجة بالليزر الفيمتوثانية في مجال الأجهزة الطبية، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن الأجهزة الطبية تتميز بأجزاء أصغر حجمًا، وجدران أرق، وتفاصيل قطع أكثر دقة (مثل الدعامات الطرفية، والأنابيب السفلية، والأدوات ذات التدخل الجراحي المحدود، وما إلى ذلك). وينطبق هذا بشكل خاص على الآلات التي تقوم بقطع الأشكال الهندسية للأنابيب. بالإضافة إلى ذلك، يُعد استخدام مواد أكثر تعقيدًا وارتفاع تكلفتها عاملاً محفزًا آخر.