अल्ट्राफास्ट लेजरहरू दशकौंदेखि अस्तित्वमा छन्, तर विगत दुई दशकमा औद्योगिक अनुप्रयोगहरू द्रुत गतिमा बढेका छन्। २०१९ मा, अल्ट्राफास्टको बजार मूल्यलेजर सामग्रीप्रशोधन लगभग US$४६० मिलियन थियो, जसको चक्रवृद्धि वार्षिक वृद्धि दर १३% थियो। औद्योगिक सामग्रीहरू प्रशोधन गर्न अल्ट्राफास्ट लेजरहरू सफलतापूर्वक प्रयोग गरिएका अनुप्रयोग क्षेत्रहरूमा अर्धचालक उद्योगमा फोटोमास्क निर्माण र मर्मतका साथै मोबाइल फोन र ट्याब्लेट जस्ता उपभोक्ता इलेक्ट्रोनिक्समा सिलिकन डाइसिङ, गिलास काट्ने/स्क्राइबिङ र (इन्डियम टिन अक्साइड) ITO फिल्म हटाउने, अटोमोटिभ उद्योगको लागि पिस्टन टेक्सचरिङ, कोरोनरी स्टेन्ट निर्माण र चिकित्सा उद्योगको लागि माइक्रोफ्लुइडिक उपकरण निर्माण समावेश छन्।
०१ अर्धचालक उद्योगमा फोटोमास्क निर्माण र मर्मत
सामग्री प्रशोधनमा सबैभन्दा प्रारम्भिक औद्योगिक अनुप्रयोगहरू मध्ये एकमा अल्ट्राफास्ट लेजरहरू प्रयोग गरिएको थियो। IBM ले १९९० को दशकमा फोटोमास्क उत्पादनमा फेमटोसेकेन्ड लेजर एब्लेसनको प्रयोगको रिपोर्ट गरेको थियो। धातु स्प्याटर र गिलास क्षति उत्पादन गर्न सक्ने नानोसेकेन्ड लेजर एब्लेसनको तुलनामा, फेमटोसेकेन्ड लेजर मास्कहरूले कुनै धातु स्प्याटर, कुनै गिलास क्षति, आदि देखाउँदैनन्। फाइदाहरू। यो विधि एकीकृत सर्किट (ICs) उत्पादन गर्न प्रयोग गरिन्छ। IC चिप उत्पादन गर्न ३० मास्कहरू सम्म आवश्यक पर्न सक्छ र लागत $१००,००० भन्दा बढी हुन सक्छ। फेमटोसेकेन्ड लेजर प्रशोधनले १५०nm भन्दा कम लाइनहरू र बिन्दुहरू प्रशोधन गर्न सक्छ।
चित्र १. फोटोमास्क निर्माण र मर्मत
चित्र २. चरम पराबैंगनी लिथोग्राफीको लागि विभिन्न मास्क ढाँचाहरूको अनुकूलन परिणामहरू
०२ अर्धचालक उद्योगमा सिलिकन काट्ने
सिलिकन वेफर डाइसिङ अर्धचालक उद्योगमा एक मानक उत्पादन प्रक्रिया हो र सामान्यतया मेकानिकल डाइसिङ प्रयोग गरेर गरिन्छ। यी काट्ने पाङ्ग्राहरूमा प्रायः माइक्रोक्र्याकहरू विकास हुन्छन् र पातलो (जस्तै मोटाई < 150 μm) वेफरहरू काट्न गाह्रो हुन्छ। सिलिकन वेफरहरूको लेजर काट्ने काम धेरै वर्षदेखि अर्धचालक उद्योगमा प्रयोग हुँदै आएको छ, विशेष गरी पातलो वेफरहरू (100-200μm) को लागि, र यो धेरै चरणहरूमा गरिन्छ: लेजर ग्रुभिङ, त्यसपछि मेकानिकल पृथकीकरण वा स्टिल्थ काट्ने (अर्थात् सिलिकन स्क्राइबिङ भित्र इन्फ्रारेड लेजर बीम) त्यसपछि मेकानिकल टेप पृथकीकरण। नानोसेकेन्ड पल्स लेजरले प्रति घण्टा १५ वेफरहरू प्रशोधन गर्न सक्छ, र पिकोसेकेन्ड लेजरले प्रति घण्टा २३ वेफरहरू प्रशोधन गर्न सक्छ, उच्च गुणस्तरको साथ।
०३ उपभोग्य इलेक्ट्रोनिक्स उद्योगमा गिलास काट्ने/स्क्राइब गर्ने काम
मोबाइल फोन र ल्यापटपका लागि टच स्क्रिन र सुरक्षात्मक चश्माहरू पातलो हुँदै गइरहेका छन् र केही ज्यामितीय आकारहरू घुमाउरो छन्। यसले परम्परागत मेकानिकल काट्न अझ गाह्रो बनाउँछ। सामान्य लेजरहरूले सामान्यतया कम कट गुणस्तर उत्पादन गर्छन्, विशेष गरी जब यी गिलास डिस्प्लेहरू ३-४ तहहरूमा स्ट्याक गरिएका हुन्छन् र माथिल्लो ७०० μm बाक्लो सुरक्षात्मक गिलास टेम्पर्ड हुन्छ, जुन स्थानीयकृत तनावले भाँच्न सक्छ। अल्ट्राफास्ट लेजरहरूले यी चश्माहरूलाई राम्रो किनारा बलका साथ काट्न सक्षम भएको देखाइएको छ। ठूलो फ्ल्याट प्यानल काट्नको लागि, फेमटोसेकेन्ड लेजरलाई गिलास पानाको पछाडिको सतहमा केन्द्रित गर्न सकिन्छ, अगाडिको सतहलाई क्षति नगरी गिलासको भित्री भाग स्क्र्याच गर्दै। त्यसपछि गिलासलाई स्कोर गरिएको ढाँचामा मेकानिकल वा थर्मल माध्यमहरू प्रयोग गरेर भाँच्न सकिन्छ।
चित्र ३. पिकोसेकेन्ड अल्ट्राफास्ट लेजर गिलास विशेष आकारको काट्ने
०४ अटोमोटिभ उद्योगमा पिस्टनको बनावट
हल्का तौल भएका कार इन्जिनहरू एल्युमिनियम मिश्र धातुबाट बनेका हुन्छन्, जुन कास्ट आइरन जत्तिकै पहिरन प्रतिरोधी हुँदैनन्। अध्ययनहरूले पत्ता लगाएका छन् कि कार पिस्टन बनावटको फेमटोसेकेन्ड लेजर प्रशोधनले घर्षण २५% सम्म घटाउन सक्छ किनभने मलबे र तेल प्रभावकारी रूपमा भण्डारण गर्न सकिन्छ।
चित्र ४. इन्जिनको कार्यसम्पादन सुधार गर्न अटोमोबाइल इन्जिन पिस्टनको फेमटोसेकेन्ड लेजर प्रशोधन
०५ चिकित्सा उद्योगमा कोरोनरी स्टेन्ट निर्माण
शरीरको कोरोनरी धमनीहरूमा लाखौं कोरोनरी स्टेन्टहरू प्रत्यारोपण गरिन्छ जसले गर्दा अन्यथा जमेका नलीहरूमा रगत प्रवाह हुनको लागि एउटा च्यानल खोलिन्छ, जसले गर्दा प्रत्येक वर्ष लाखौंको जीवन बच्छ। कोरोनरी स्टेन्टहरू सामान्यतया धातु (जस्तै, स्टेनलेस स्टील, निकल-टाइटेनियम आकारको मेमोरी मिश्र धातु, वा हालसालै कोबाल्ट-क्रोमियम मिश्र धातु) तारको जालबाट बनाइन्छ जसको स्ट्रट चौडाइ लगभग १०० μm हुन्छ। लामो-पल्स लेजर काट्ने तुलनामा, कोष्ठकहरू काट्न अल्ट्राफास्ट लेजरहरू प्रयोग गर्नुका फाइदाहरू उच्च कट गुणस्तर, राम्रो सतह फिनिश, र कम मलबे हुन्, जसले प्रशोधन पछिको लागत घटाउँछ।
०६ चिकित्सा उद्योगको लागि माइक्रोफ्लुइडिक उपकरण निर्माण
चिकित्सा उद्योगमा रोग परीक्षण र निदानको लागि माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणहरू सामान्यतया प्रयोग गरिन्छ। यी सामान्यतया व्यक्तिगत भागहरूको माइक्रो-इन्जेक्शन मोल्डिंग र त्यसपछि ग्लुइङ वा वेल्डिंग प्रयोग गरेर बन्धन द्वारा निर्मित हुन्छन्। माइक्रोफ्लुइडिक उपकरणहरूको अल्ट्राफास्ट लेजर निर्माणले जडानको आवश्यकता बिना गिलास जस्ता पारदर्शी सामग्रीहरू भित्र 3D माइक्रोच्यानलहरू उत्पादन गर्ने फाइदा छ। एउटा विधि भनेको बल्क गिलास भित्र अल्ट्राफास्ट लेजर निर्माण हो र त्यसपछि भिजेको रासायनिक नक्काशी गरिन्छ, र अर्को भनेको गिलास भित्र फेम्टोसेकेन्ड लेजर एब्लेशन हो वा डिस्टिल्ड पानीमा प्लास्टिकमा फोहोर हटाउन। अर्को दृष्टिकोण भनेको गिलासको सतहमा मेसिन च्यानलहरू राख्नु र फेम्टोसेकेन्ड लेजर वेल्डिंग मार्फत गिलासको आवरणले तिनीहरूलाई सिल गर्नु हो।
चित्र ६. गिलास सामग्री भित्र माइक्रोफ्लुइडिक च्यानलहरू तयार गर्न फेमटोसेकेन्ड लेजर-प्रेरित चयनात्मक इचिंग
०७ इन्जेक्टर नोजलको माइक्रो ड्रिलिंग
फेमटोसेकेन्ड लेजर माइक्रोहोल मेसिनिङले उच्च-दबाव इन्जेक्टर बजारका धेरै कम्पनीहरूमा माइक्रो-EDM लाई प्रतिस्थापन गरेको छ किनभने फ्लो होल प्रोफाइलहरू परिवर्तन गर्नमा बढी लचिलोपन र छोटो मेसिनिङ समय भएको छ। प्रिसेसिङ स्क्यान हेड मार्फत बीमको फोकस स्थिति र झुकावलाई स्वचालित रूपमा नियन्त्रण गर्ने क्षमताले एपर्चर प्रोफाइलहरू (जस्तै, ब्यारेल, फ्लेयर, कन्भर्जेन्स, डायभर्जन्स) को डिजाइनमा नेतृत्व गरेको छ जसले दहन कक्षमा एटोमाइजेसन वा प्रवेशलाई बढावा दिन सक्छ। ड्रिलिङ समय एब्लेशन भोल्युममा निर्भर गर्दछ, ड्रिल मोटाई ०.२ - ०.५ मिमी र प्वाल व्यास ०.१२ - ०.२५ मिमीको साथ, यो प्रविधिलाई माइक्रो-EDM भन्दा दश गुणा छिटो बनाउँछ। माइक्रोड्रिलिङ तीन चरणहरूमा गरिन्छ, जसमा थ्रु-पाइलट प्वालहरूको रफिंग र फिनिशिंग समावेश छ। बोरहोललाई अक्सिडेशनबाट जोगाउन र प्रारम्भिक चरणहरूमा अन्तिम प्लाज्मालाई जोगाउन आर्गनलाई सहायक ग्यासको रूपमा प्रयोग गरिन्छ।
चित्र ७. डिजेल इन्जिन इन्जेक्टरको लागि उल्टो टेपर प्वालको फेमटोसेकेन्ड लेजर उच्च-परिशुद्धता प्रशोधन
०८ अल्ट्रा-फास्ट लेजर टेक्सचरिङ
हालैका वर्षहरूमा, मेसिनिङ शुद्धता सुधार गर्न, सामग्रीको क्षति कम गर्न र प्रशोधन दक्षता बढाउन, माइक्रोमेसिनिङको क्षेत्र बिस्तारै अनुसन्धानकर्ताहरूको ध्यान केन्द्रित भएको छ। अल्ट्राफास्ट लेजरमा कम क्षति र उच्च परिशुद्धता जस्ता विभिन्न प्रशोधन फाइदाहरू छन्, जुन प्रशोधन प्रविधिको विकासलाई प्रवर्द्धन गर्ने केन्द्रबिन्दु बनेको छ। एकै समयमा, अल्ट्राफास्ट लेजरहरूले विभिन्न सामग्रीहरूमा कार्य गर्न सक्छन्, र लेजर प्रशोधन सामग्री क्षति पनि एक प्रमुख अनुसन्धान दिशा हो। अल्ट्राफास्ट लेजर सामग्रीहरू एब्लेट गर्न प्रयोग गरिन्छ। जब लेजरको ऊर्जा घनत्व सामग्रीको एब्लेशन थ्रेसहोल्ड भन्दा बढी हुन्छ, एब्लेटेड सामग्रीको सतहले निश्चित विशेषताहरू सहितको माइक्रो-न्यानो संरचना देखाउनेछ। अनुसन्धानले देखाउँछ कि यो विशेष सतह संरचना लेजर प्रशोधन सामग्रीहरू हुँदा हुने एक सामान्य घटना हो। सतह माइक्रो-न्यानो संरचनाहरूको तयारीले सामग्रीको गुणहरू आफैंमा सुधार गर्न सक्छ र नयाँ सामग्रीहरूको विकासलाई पनि सक्षम बनाउन सक्छ। यसले अल्ट्राफास्ट लेजरद्वारा सतह माइक्रो-न्यानो संरचनाहरूको तयारीलाई महत्त्वपूर्ण विकास महत्त्वको साथ एक प्राविधिक विधि बनाउँछ। हाल, धातु सामग्रीहरूको लागि, अल्ट्राफास्ट लेजर सतह बनावटमा अनुसन्धानले धातुको सतह भिजाउने गुणहरू सुधार गर्न सक्छ, सतह घर्षण र लगाउने गुणहरू सुधार गर्न सक्छ, कोटिंग आसंजन बढाउन सक्छ, र कोशिकाहरूको दिशात्मक प्रसार र आसंजन बढाउन सक्छ।
चित्र ८. लेजर-तयार सिलिकन सतहको सुपरहाइड्रोफोबिक गुणहरू
अत्याधुनिक प्रशोधन प्रविधिको रूपमा, अल्ट्राफास्ट लेजर प्रशोधनमा सानो ताप-प्रभावित क्षेत्र, सामग्रीहरूसँग अन्तर्क्रियाको गैर-रैखिक प्रक्रिया, र विवर्तन सीमाभन्दा बाहिर उच्च-रिजोल्युसन प्रशोधनको विशेषताहरू छन्। यसले विभिन्न सामग्रीहरूको उच्च-गुणस्तर र उच्च-परिशुद्धता माइक्रो-न्यानो प्रशोधन महसुस गर्न सक्छ। र त्रि-आयामिक माइक्रो-न्यानो संरचना निर्माण। विशेष सामग्री, जटिल संरचना र विशेष उपकरणहरूको लेजर निर्माण प्राप्त गर्नाले माइक्रो-न्यानो उत्पादनको लागि नयाँ बाटोहरू खोल्छ। हाल, फेम्टोसेकेन्ड लेजर धेरै अत्याधुनिक वैज्ञानिक क्षेत्रहरूमा व्यापक रूपमा प्रयोग गरिएको छ: फेम्टोसेकेन्ड लेजर विभिन्न अप्टिकल उपकरणहरू तयार गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ, जस्तै माइक्रोलेन्स एरे, बायोनिक कम्पाउन्ड आँखा, अप्टिकल वेभगाइड र मेटासर्फेस; यसको उच्च परिशुद्धता, उच्च रिजोल्युसन र त्रि-आयामिक प्रशोधन क्षमताहरूको साथ, फेम्टोसेकेन्ड लेजरले माइक्रोहीटर कम्पोनेन्टहरू र त्रि-आयामिक माइक्रोफ्लुइडिक च्यानलहरू जस्ता माइक्रोफ्लुइडिक र अप्टोफ्लुइडिक चिपहरू तयार वा एकीकृत गर्न सक्छ; यसको अतिरिक्त, फेम्टोसेकेन्ड लेजरले एन्टी-रिफ्लेक्सन, एन्टी-रिफ्लेक्सन, सुपर-हाइड्रोफोबिक, एन्टी-आइसिङ र अन्य कार्यहरू प्राप्त गर्न विभिन्न प्रकारका सतह माइक्रो-न्यानोस्ट्रक्चरहरू पनि तयार गर्न सक्छ; त्यति मात्र होइन, फेम्टोसेकेन्ड लेजर बायोमेडिसिनको क्षेत्रमा पनि लागू गरिएको छ, जसले जैविक माइक्रो-स्टेन्ट, सेल कल्चर सब्सट्रेट र जैविक माइक्रोस्कोपिक इमेजिङ जस्ता क्षेत्रहरूमा उत्कृष्ट प्रदर्शन देखाउँछ। व्यापक अनुप्रयोग सम्भावनाहरू। हाल, फेम्टोसेकेन्ड लेजर प्रशोधनको अनुप्रयोग क्षेत्रहरू वर्ष-दर-वर्ष विस्तार हुँदैछन्। माथि उल्लेखित माइक्रो-अप्टिक्स, माइक्रोफ्लुइडिक्स, बहु-कार्यात्मक माइक्रो-न्यानोस्ट्रक्चर र बायोमेडिकल इन्जिनियरिङ अनुप्रयोगहरूको अतिरिक्त, यसले मेटासर्फेस तयारी जस्ता केही उदीयमान क्षेत्रहरूमा पनि ठूलो भूमिका खेल्छ। , माइक्रो-न्यानो निर्माण र बहु-आयामी अप्टिकल जानकारी भण्डारण, आदि।
पोस्ट समय: अप्रिल-१७-२०२४
