Mercoledì, 15 Giugno 2022 10:05

I laser ultraveloci sono la nuova frontiera del settore industriale

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Grazie alla loro capacità di emettere impulsi della durata dei picosecondi e femtosecondi, i laser ultraveloci offrono una grande energia di impulso, evitando di surriscaldare la superfice in lavorazione e vanno incontro alla crescente domanda del settore industriale delle microlavorazioni.

I laser a impulsi ultracorti, spesso chiamati laser ultraveloci, sono stati impiegati come strumenti di ricerca scientifica per decenni. I campi della femtochimica, della spettroscopia e dell'imaging multifotonico, in particolare, hanno beneficiato a lungo di questa tecnologia, che nel corso degli anni ha consentito di sviluppare nuove rivoluzionarie ricerche nell’ambito delle neuroscienze e della meccanica quantistica.

Oggigiorno i laser ultraveloci si stanno espandendo ben oltre la loro tradizionale nicchia legata al mondo della ricerca. Gli strumenti a picosecondi, disponibili in commercio da più di 20 anni, hanno di recente raggiunto un punto di equilibrio in cui il loro costo complessivo è diventato sufficientemente interessante per permetterne l'uso in applicazioni industriali a grande scala. Una confluenza di fattori, tra cui l'evoluzione tecnologica e l'ampliamento della base di utenti, stanno contribuendo al fiorente mercato della tecnologia laser ultraveloce. Secondo le previsioni, le mercato è destinato ad aumentare a un tasso di crescita annuale del 16,6% nei prossimi cinque anni, questo nonostante il brusco rallentamento dovuto al COVID-19.

I laser ultraveloci sono strumenti fondamentali per molte tecniche di microscopia, dall'imaging multifotonico di campioni biologici alla microscopia di terza generazione armonica (THG) che viene impiegata per diverse applicazioni mediche, come la rilevazione di patologie e cancro, e per visualizzare la cornea. Comprendere le proprietà uniche dei laser ultraveloci e dei componenti ottici è dunque fondamentale per costruire un sistema di microscopia di successo.

I laser ultracorti o laser USP offrono diversi vantaggi anche per la microlavorazione degli orologi, degli stampi, della meccanica di precisione e della microfluidica medicale, come dimostrato dai macchinari prodotti dall’azienda italiana Evlaser che permettono la lavorazione di un’ampia gamma di materiali normalmente difficili da trattare come vetro, ceramica, pietre preziose e zaffiro. 

Diversi fattori stanno contribuendo al grande momento commerciale dei laser ultraveloci industriali. Il primo di questi fattori potrebbe essere semplicemente che è finalmente emersa una necessità su larga scala di impiegare questa tipologia di laser, la cui domanda sta crescendo anche nei settori automobilistico, bioimaging e medico, dove gli strumenti stanno consentendo nuove capacità di produzione o sostituendo altre tecnologie, compresi le lavorazioni laser a larghezza di impulso più lunga.

La durata dell'impulso sul piano del campione è un fattore chiave da considerare al momento di scegliere un laser ultraveloce rispetto da un altro. La durata dell'impulso dipende sia dalla durata dell'impulso proveniente dal laser che dalle proprietà dei materiali attraverso cui l'impulso trasmette. I progressi nella gestione della dispersione hanno permesso di raggiungere uno stadio in cui l'ottica a compressione di impulsi può essere ingegnerizzata nella testa laser dei sistemi in fibra a lunghezza d'onda fissa. Si tratta del modo ideale per gestire la dispersione attraverso componenti ottici come le lenti degli obiettivi dei microscopi.

Per arrivare a questo punto c’è in ogni caso voluto del tempo ed è stato necessario superare certi limiti. Storicamente, i sistemi laser a impulsi ultracorti erano intrinsecamente difficili da mantenere in modo affidabile perché si tratta di strumenti ottici altamente complessi. È per questo che lo sviluppo della tecnologica ha richiesto livelli aggiuntivi di elettronica e di raffreddamento per raggiungere un livello di coerenza in termini di qualità dell'impulso o stabilità spettrale, che permette oggi di ottenere eccellenti lavorazioni laser. Architetture laser migliorate li hanno resi più robusti e affidabili e di conseguenza il processo di produzione è diventato più efficiente.

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