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神奇的激光术

当你打开手电筒将它对准天空一分钟时,其实它的光束就已经到达了月球。那么,手电筒的开关速度得多快才能使其射线的直径比人的头发还细呢?


显而易见,仅依靠手是无法实现的。超短光束或者这一数量级别的脉冲可通过飞秒激光器来产生,飞秒激光器能将集中的激光划分成高能量压缩波束。从人的眼角膜到超硬陶瓷的所有材料,都可以通过飞秒激光器来进行微米精度的处理。

法国精密设备制造商ISP System生产的执行器可精确定位高功率激光器的棱镜、反射镜和滤光镜,确保激光脉冲以正确的强度到达正确的位置。该执行器的动力来源则是FAULHABER生产的步进电机。


激光器是如何工作的?正如其名,英文laser是Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation(受激辐射光放大)开头字母的缩写。简而言之,就是激光器内的光线通过能量供给和光学处理得以增强并集中起来产生的纤细而强大的光束。

飞秒激光是目前最先进的技术之一, 可用于诸多领域。


它可以用于光盘和条形码读取,恶性肿瘤治疗和金属焊接。其光学处理设备包括棱镜、滤光镜和反射镜。它们能分解光束,将光束聚焦于特定波长,或通过两个反射镜之间的多次来回反射增强光束。激光发出的恒定光束相对比较微弱,而脉冲激光包含的能量则可以通过频率处理和光传播延迟高倍压缩成较小的光束。


脉冲达到阿秒(0.000 000 000 000 000 001秒 = 10的-18次秒)级别的激光已在研究领域得到应用。借助这种超短脉冲,人们甚至可以观察原子核内部极其快速的动态过程。对于工业或医疗应用,脉冲时间可以更长。一个飞秒 (10-15秒) 等于一秒的一千万亿分之一。在这一极短时间内,即使是光速也只能走0.3微米,相当于一根头发丝的二百分之一。飞秒激光是目前最先进的技术之一,可用于诸多领域,如光子显微镜、显微外科、微细结构处理(如医疗领域)、化学分析和防伪造微痕处理。


每秒上亿个激光脉冲


飞秒激光器每秒可产生上亿个激光脉冲。在激光到达的地方,被撞击的材料没有足够的时间熔化,便直接转化为气体,然后可简单地被抽除干净。因此以百万分之一毫米(纳米)的精度进行层片处理是完全可行的。而且,在处理过程中不会产生毛糙的熔化残留物,邻近的材料也几乎不会被加热。此外,同质化、吸收能力、蒸发温度和硬度等材料特性几乎不受任何影响——因为激光可以处理一切物质。


这种“冷处理”技术不会有任何残留物,也不会影响工件质量。只要正确地选择脉冲持续时间、能量、时钟频率并正确聚焦,就能达到理想的效果。ISP System执行器在此起到了重要的作用。它们能移动和调整激光器内部的棱镜、滤光镜和反射镜,确保获得精确定义的光脉冲质量。还可以选用三种类型的驱动装置:电磁、压电或机械式。“在研究等应用领域,前两种驱动装置能发挥它们的特殊优势,但在工业领域,机械驱动的执行器在很多方面更加适用。”ISP System公司的Sébastien Theis表示,“前提是设备的质量优良,并使用一流的电机进行精确地工作,但控制系统不能太复杂。”


正是基于这一点,压电和电磁式驱动装置有一个严重缺陷:它们只能通过闭环控制电路获得较高的精确度。也就是说,必须安装一个测量装置(传感器),用于检测位移并将数值结果发送给控制器,再通过控制器对运动进行调整。闭环控制电路意味着复杂度更高,需要安装额外的电子部件。这不仅使得解决方案成本更高,而且也更复杂及笨重。


FAULHABER步进电机


相反,步进电机可以通过开环控制电路可靠地工作,它无需传感器,因此结构也更加紧凑。“电机可以计算步进,保证精确的定位。FAULHABER电机质量卓越,只要行程中不遇到障碍物,就不会丢失任何一个步进运动。驱动装置还可以通过归零实现精确的调校。”Sébastien Theis解释道。


步进电机的另一个优势是在无电流时也能可靠地定位。这对于在闭合激光盒内进行正常运行至关重要,因为每个激光脉冲都会伴随着电磁放电。由执行器、传感器和控制器组成的闭环控制电路必须依靠电流才能正常工作。放电现象会对这种机构造成干扰,从而导致倾斜反射镜脱离预定的位置。当激光器用于近视眼角膜矫正手术时,设备精度将受到致命的影响。而无电流也能正常工作的步进电机则不会出现这种干扰。


激光器用于实验室的CEM测试

除了上述系统本身结构所带来的优势和优异的产品质量外,ISP System选择FAULHABER电机还有其他原因。“我们找不到第二家能提供如此轻巧且快速满足我们要求的供应商。FAULHABER电机和减速箱种类极其广泛,我们可以从中选择合适的产品。此外,FAULHABER还能按照我们的需求进行量身定制。由于供货迅速,我们能针对客户的需求快速做出反应。FAULHABER是一个强大且可靠的合作伙伴,它不仅了解我们的技术,还能帮助我们发展。”Sébastien Theis解释道。

欲知更多详情,可访问:www.faulhaber.cn

发布时间:2017年8月29日 15:15 人气: 审核编辑:周薇

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