Lasery femtosekundowe FLUENCE dla mikroobróbki przemysłowej, nauki i medycyny

Przykłady zastosowań laserów femtosekundowych w mikroobróbce rozciągają się od produkcji wtryskiwaczy do silników spalinowych (poprawienie wydajności silnika dzięki równomiernemu rozpyleniu paliwa), przez produkcję stentów (mniejsze rozmiary, możliwość wykorzystania nowych bioabsorbowalnych materiałów), po chirurgię refrakcyjną rogówki oka (większa precyzja, minimalne zniszczenia tkanki oka).

Polska firma Fluence wytwarza udoskonalone wg swego pomysłu lasery femtosekundowe.
„Nasze lasery są kompaktowe, tańsze niż lasery na Zachodzie i nie potrzebują serwisowania. Nasz laser ma być tak wygodny w użyciu, jak wskaźnik laserowy – kiedy włączymy mu zasilanie, ma działać. To było niewyobrażalne jeszcze 10 lat temu. Wtedy nie było jeszcze laserów femtosekundowych, które nie wymagałyby opieki specjalisty” – opowiada dr Michał Nejbauer współzałożyciel firmy Fluence.

Laser femtosekundowy może wytworzyć ogromną moc chwilową – w niektórych przypadkach nawet milion razy większą niż największa elektrownia w Polsce. A jest to możliwe, bo moc ta wytworzona jest w bardzo, bardzo krótkim czasie – rzędu kilkunastu femtosekund (jedna sekunda to aż milion miliardów femtosekund)

„Widzimy dla naszych laserów duży potencjał zastosowań. Największym rynkiem jest tzw. precyzyjna mikroobróbka laserowa” – mówi dr Nejbauer. Jak wyjaśnia, kiedy materiał naświetla się superkrótkimi impulsami laserowymi zamiast ciągłym światłem lasera, zniszczenia dookoła naświetlanego miejsca są praktycznie żadne. Materia w kontakcie z tak ogromną mocą gwałtownie wyparowuje. „Dzięki laserom femtosekundowym potrafimy ciąć bardzo trudne materiały jak ceramikę, diamenty, szkło hartowane i to z bardzo wysoką precyzją w skali mikro ” – opowiada naukowiec.

Lasery femtosekundowe mogą przecinać jednak nie tylko materiały bardzo twarde, ale i również bardzo delikatne. Dlatego są stosowane w operacjach korekcyjnych wzroku. „Podczas operacji rogówki laser femtosekundowy robi o wiele mniejsze spustoszenie w przecinanej tkance niż innego typu lasery. Jest nie tylko bardziej precyzyjny, ale też oko szybciej wraca do zdrowia” – opowiada dr Nejbauer.

Lasery znajdują również zastosowanie w obrazowaniu biomedycznym. „To tzw. mikroskopia wielofotonowa. Dzięki mikroskopii wielofotonowej możemy zobaczyć więcej szczegółów w badanych tkankach niż w tradycyjnej mikroskopii fluorescencyjnej”

„Lasery femtosekundowe długo uchodziły za wrażliwe na warunki zewnętrzne, np. drgania i temperaturę. W przemyśle długo nie mogły znaleźć zastosowań, bo były zbyt drogie w serwisowaniu. Drobne perturbacje powodowały, że laser się psuł” – mówi dr Nejbauer. Przy tworzeniu pierwszej generacji laserów femtosekundowych konieczne były klasyczne elementy optyczne takie jak np. zwierciadła, kryształy i soczewki. „A nasze lasery produkujemy w technologii całkowicie światłowodowej przez to urządzenie ma mniejsze szanse, aby ulec awarii. To duża przewaga w stosunku do wcześniejszych rozwiązań” – opowiada.

Dr Nejbauer wyjaśnia, że zaprojektowany przez firmę Fluence oscylator femtosekundowy jest jednym z najmniejszych na świecie laserów femtosekundowych emitujących światło na długości fali 1030 nm.

Nasz najmniejszy laser femtosekundowy jest wielkości kartki A5 i wysokości ok. 3 cm. Dodaje jednak, że lasery o większych mocach są większe. Np. takie o mocy rzędu kilkudziesięciu watów zajmują już połowę biurka.

Zaawansowane lasery dedykowane do mikroobróbki, umożliwiają rozwój nowoczesnych technologii produkcyjnych, które:
– zmniejszają materiałochłonność produkcji,
– zmniejszają ilość odrzutów produkcyjnych (poprzez lepszą jakość ich wykonania),
– pozwalają osiągnąć większą sprawność energetyczną produkowanych urządzeń (przemysł fotowoltaiczny, silniki spalinowe),
– pozwalają obniżyć ilość niezbędnych etapów produkcji,
– umożliwiają produkcję z użyciem wcześniej niedostępnych, przyjaznych materiałów,
– są stosowane do produkcji odnawialnych źródeł energii (ogniwa fotowoltaiczne).

Dzięki nim możliwa stała się także produkcja z wykorzystaniem materiałów uważanych wcześniej za bardzo trudne w obróbce (polimerów, ceramiki, diamentów, materiałów przezroczystych), przy zachowaniu wysokiej precyzji sięgającej pojedynczych mikrometrów.

Źródło: PAP-Nauka w Polsce