Trong lịch sử khoa học công nghệ của nhân loại, sự ra đời của công nghệ laser có thể gọi là một cuộc cách mạng về sự tương tác giữa ánh sáng và vật chất. Từ Einstein đề xuất lý thuyết về bức xạ kích thích vào năm 1917 đến việc Maiman phát triển tia laser ruby đầu tiên vào năm 1960, công nghệ này đã thâm nhập vào nhiều lĩnh vực khác nhau như công nghiệp, chăm sóc y tế, thông tin liên lạc và quân sự chỉ trong nửa thế kỷ, trở thành động lực cốt lõi cho sự phát triển của xã hội hiện đại. Là một công nghệ mang tính biểu tượng trong lĩnh vực quang điện tử, tia laser không chỉ xác định lại ranh giới ứng dụng của "ánh sáng" mà còn cho thấy tiềm năng vô hạn trong các lĩnh vực-tiên tiến như sản xuất thông minh, khoa học đời sống và khám phá không gian.
PHẦN 01
Bản chất của laze
Bản chất của laser là sự khuếch đại ánh sáng của bức xạ kích thích (LASER). Dựa trên lý thuyết lượng tử của Einstein, thông qua tác dụng hiệp đồng của môi trường hoạt hóa (như khí, tinh thể), nguồn bơm (bơm năng lượng) và khoang cộng hưởng quang học, số lượng hạt bị đảo ngược và khuếch đại. Các photon cố định tạo thành chùm tia có độ kết hợp cao (phù hợp pha, tần số và hướng), cực kỳ đơn sắc (phổ hẹp), khả năng định hướng tuyệt vời (góc phân kỳ nhỏ) và chùm tia cực sáng, cung cấp nguồn sáng cốt lõi hỗ trợ cho công nghệ hiện đại như truyền thông, sản xuất, y tế và các lĩnh vực khác. Bản chất của laser khiến nó trở thành nguồn sáng duy nhất có thể đáp ứng đồng thời các yêu cầu về độ chính xác cao, năng lượng cao và khả năng điều khiển cao. Nó cung cấp nền tảng vật lý cho truyền thông sợi quang (chất mang quang), sản xuất chính xác (dao ánh sáng), phẫu thuật y tế (điều trị không{4}}xâm lấn), công nghệ lượng tử (nguồn photon đơn) và phát hiện sóng hấp dẫn (giao thoa kế), v.v., thay đổi hoàn toàn công nghệ hiện đại và cơ cấu công nghiệp.
PHẦN 02
Ứng dụng laser trong lĩnh vực truyền thông
Ưu điểm cốt lõi của công nghệ laser nằm ở đặc tính “bốn cao”: độ định hướng cao (góc phân kỳ chùm tia chỉ là millirad), độ đơn sắc cao (độ tinh khiết bước sóng đạt 10^-6 nanomet), độ sáng cao (hàng chục tỷ lần độ sáng của ánh sáng mặt trời) và độ kết hợp cao (sự thống nhất hoàn hảo giữa sự gắn kết không gian và thời gian). Những đặc điểm này đã dẫn đến sự xuất hiện của ba ngành kỹ thuật chính trong lĩnh vực quang điện tử.
Đầu tiên là quang điện tử thông tin, "kênh tốc độ ánh sáng" cho dòng dữ liệu, thứ hai là quang điện tử-sinh học: "ăng-ten ánh sáng" của khoa học đời sống và thứ ba là quang điện tử năng lượng: "lưỡi ánh sáng" để điều khiển chính xác. Dưới đây chúng tôi chủ yếu giới thiệu "con dao ánh sáng" được chế tạo chính xác-này.
Là một nguồn mang năng lượng, tia laser có thể đạt được khả năng xử lý vật liệu chính xác ở mức- micron. Trong sản xuất công nghiệp, nó phá vỡ mô hình gia công cơ học truyền thống với những ưu điểm như xử lý không-tiếp xúc và vùng chịu ảnh hưởng nhiệt{3}}nhỏ. Và nó có khả năng thích ứng tốt hơn với các yêu cầu cao hơn của vật liệu mới dành cho sản xuất chính xác.
PHẦN 03
Ưu điểm của xử lý laser
“Con dao ánh sáng” laser đang định hình lại mô hình sản xuất của ngành công nghiệp hiện đại với ưu điểm là độ chính xác cao, hiệu quả cao và khả năng thích ứng cao:
Trong quá trình xử lý vật liệu siêu cứng, tia laser làm nóng chảy hoặc làm bay hơi vật liệu trực tiếp bằng cách tập trung chùm tia mật độ-năng lượng{2}} cao (đường kính điểm có thể nhỏ tới 10 μm), đạt được khả năng xử lý không tiếp xúc và tránh các vết nứt hoặc biến dạng do ứng suất cơ học gây ra. Trong quá trình gia công vật liệu mới, khi gia công vật liệu giòn, gia công cơ học truyền thống dễ gây ra các vết nứt vi mô. Cắt laze có thể kiểm soát mật độ công suất laze bằng cách kiểm soát mật độ công suất laze (104-10 độ W/cm²) và tốc độ quét (20-80mm/s), đạt được khả năng cắt không chip với độ chính xác khẩu độ ±2μm.
Để xử lý bằng laze các vật liệu bán dẫn (chẳng hạn như tấm silicon), tia laser femto giây được sử dụng để tạo thành một lớp biến đổi bên trong tấm bán dẫn và phương pháp ăn mòn hóa học liên kết cho phép cắt-không cần chip với tổn hao đường cắt ở mức thấp tới 5μm, hỗ trợ quá trình phát triển thu nhỏ của các mạch tích hợp.
