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Aspheric Lens Takeover

能夠到達波長以前無法到達之處

 

由於獨特的吸收特性,2μm雷射可以打造小而精確的切口

 

在醫療雷射應用中,熱損傷區域因在水中吸收而減到最小

 

非常適合聚合物等材料加工應用

 

2μm雷射的最新進展提高了效率,易用性和穩定性

生物組織、聚合物和許多其他材料在2μm左右的波長下具有獨特的吸收特性,允許該光譜區域(銩(2080nm)和鈥(2100nm)雷射)的雷射加熱非常小的區域,並對周圍區域的損傷減到最小。因此,2μm雷射非常適合多種應用,包括材料加工和雷射手術。儘管2μm雷射已存在幾十年,但近年有關設計方面的進展成果大大提高了它們的可接近性、功率效率和穩定性。紫外線和1μm雷射具有不同的吸收特性,不能滿足這些特定材料加工和醫療應用的需要。

2μm雷射進展:小包裝有大分量

以往的2μm雷射是尺寸極大、價格昂貴的液氮冷卻系統,並非廣泛使用的可行選擇。然而,2μm雷射技術的發展正在降低成本並減小尺寸,同時提高效能。現代2μm二極體雷射可以縮減至30mm長,而光纖雷射可以更小。在某些情況下,研究人員正在開發可顯著降低成本的光纖組件。2μm雷射的成本低廉、易於使用及具備脈沖和連續波束等一系列能量傳遞方法,因此正逐步替代其他光源。

材料加工

輸出波長為1-1.5μm的雷射已用於材料加工應用多年,但2μm雷射具有許多優點,包括能夠在局部加熱最小的情況下進行精確切割。許多聚合物(例如塑料)在1μm左右的波長下具有高穿透率,這對聚合物加工極為不利,因為1μm的雷射會穿過材料而不是被吸收。可以在聚合物中加入添加劑以增加1μm處的吸收,但這會使製造過程複雜化。另一方面,許多塑料在10μm左右具有很強的吸收力,這導致有效的表面加熱,而不是精確加工所需的局部加熱。

幸運的是,這些相同的材料中有許多在2μm左右具有更理想的波長吸收量。因此,2μm輻射能於最佳距離穿透塑料材料,並具有精細減弱的能力,能夠局部加熱材料及產生寬0.1-0.5mm的切口和焊縫(圖1)。其中一個重要的2μm雷射聚合物焊接應用是醫療裝置的連接,如植入物、微流體裝置、管道和導管。

Linear welding of plastics using a 2µm laser
圖1: 使用2μm雷射線性焊接塑料

醫療雷射

2μm雷射非常適合用於高精度手術,因為構成大部分人體組織的水分子對2μm輻射具有很高的吸收性。這種強力的吸收性來自於水分子中O-H鍵的拉伸和彎曲振動,以及對應於2μm輻射的振動頻率。圖2顯示水的吸收光譜,以及各種常見雷射類型的組織穿透深度。此圖顯示2μm處的高吸收峰值和小而精確的穿透深度。相比之下,3μm處的峰值不能為手術應用提供足夠的穿透深度。

由於這種高吸收性,2μm雷射可在消融(或組織去除)中實現約0.5mm的微小損傷區域。另外,當暴露於2μm輻射下時,會發生凝固的情況(即血液從液體變為半固態並形成血凝塊的過程)。這能有效抑制手術過程中的出血,使過程更清潔、更容易和更高效。

Absorption of water and tissue penetration depth at different wavelengths
圖2: 不同波長下水的吸收和組織穿透深度

愛特蒙特光學®的2µm雷射光學產品

常見問題解答

FAQ  2μm雷射不是新發明,為什麼它們是光學行業的最新趨勢?
最近,2μm雷射由於其效能的提高和尺寸和成本的降低而被更廣泛使用。
FAQ  使用連續波或脈衝2μm雷射進行材料加工是否更好?

在雷射材料加工過程中,連續波(CW) 2μm雷射會在頂部和底部表面產生熱影響區,從而降低過程的精度。另一方面,脈衝2​​μm雷射產生較小的熱影響區,導致較少的表面損傷和更精確的過程。

FAQ  在手術應用中,1μm雷射為何不如2μm雷射有效?

相較於2μm雷射,來自1μm雷射的輻射具有更低的吸收率,並且更深地滲透到組織中,導致更大的損傷區域和更多不必要的壞死組織。由於手術是一個非常精確的過程,因此需要精確控制切口深度,以減少對下方組織的損傷。2μm雷射可達到這種精度,應該考慮用於這些手術應用。

FAQ   哪種光學材料與2μm雷射相容?

2μm光譜區域中最常使用的一些材料包括熔融石英、硒化鋅、氟化鈣(CaF2)、鍺和藍寶石。如需相容光學材料及其特性的更多資訊,請參閱我們的有關2μm雷射應用特性的說明

資源

應用說明

技術資訊及應用範例包括理論說明、方程式、圖示及其他各項。

Characteristics of 2µm Lasers
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UV vs. IR Grade Fused Silica
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