Pikeun ngalemberehkeun bahan dina dua sisi antarmuka sacara babarengan sareng ngawangun beungkeutan mikro-daérah kakuatan anu luhur, titik fokus laser kedah difokuskeun sacara tepat kana sampel, anu maksa paménta anu ketat kana akurasi pamrosésan sistem pangelasan. Salian ti éta, kusabab gradien inténsitas aksial anu ageung tina sinar Gaussian saatos fokus, suhu medan fokus henteu rata, janten rentan ka ngabentuk cacad mikro- sareng nano-void di daérah anu kapangaruhan laser, anu antukna mangaruhan kualitas pangelasan sampel.
Téhnologi ngabentuk cahaya spasial tiasa dianggo pikeun ngahasilkeun sinar Bessel orde nol pikeun ngaoptimalkeun distribusi inténsitas médan fokus laser. Pendekatan ieu ngirangan gradien inténsitas aksial sareng manjangkeun panjang fokus, sahingga ningkatkeun rasio jerona-ka-lébar daérah éfék termal anu dibentuk ku laser. Hasilna, éta ngirangan sarat akurasi fokus sistem las laser, ningkatkeun kualitas sareng efisiensi las.
1. Desain Generasi sareng Parameter tina Balok Bessel Non-Difraksi
Dina taun 1987, Durnin mimiti ngajukeun sinar Bessel orde nol, anu nunjukkeun sipat non-difraksi anu unik: distribusi inténsitas médan cahaya transversalna tetep teu robih salami rambatan, sareng ukuran titik tengah sok caket kana wates difraksi. Salaku tambahan, sinar Bessel ogé nunjukkeun sipat penyembuhan diri salami rambatan. Nalika titik tengah kahalangan, cahaya di sakurilingna bakal konvergen ka arah tengah pikeun "ngalereskeun" titik tengah. Éksprési matematis pikeun distribusi médan cahaya transversal tina sinar Bessel orde nol nyaéta:
Dina ungkapan:
- J0 ngawakilan fungsi Bessel orde nol.
- r sareng φ masing-masing nyaéta unsur koordinat radial sareng sudut.
- z nyaéta jarak rambatan.
- Kr sareng Kz masing-masing mangrupikeun unsur véktor gelombang transversal sareng longitudinal.
Titik utama puseur tina balok Bessel orde nol mibanda kamampuan pangwates anu kuat, anu ngamungkinkeun tingkat iradiasi orde TW/cm² atanapi langkung luhur, anu sacara efektif tiasa ngarangsang panyerepan nonlinier dina bahan. Anu langkung penting, karakteristik rambatan non-difraksi tina balok Bessel orde nol nyayogikeun jerona fokus anu langkung ageung sareng gradien inténsitas aksial anu langkung alit, sahingga nyiptakeun medan suhu anu ampir seragam sareng nyegah pembentukan cacad las.
Gambar di handap ieu nunjukkeun babandingan panjang fokus sinar Bessel sareng sinar Gaussian dina kamampuan kurungan transversal anu sami. Sinar Bessel ngagaduhan jerona fokus anu lumayan bari ngajaga diaméter titik fokus tingkat mikron transversal.
Aya sababaraha metode pikeun ngahasilkeun balok Bessel orde nol, sareng tilu metode utama ieu umum:
Métode Aperture Anular: Métode aperture anular, sapertos namina, ngalibatkeun panggunaan celah anular pikeun ngahasilkeun sinar Bessel. Ieu ogé mangrupikeun metode anu munggaran anu suksés pikeun ngahasilkeun sinar Bessel. Diagram di handap ieu ngagambarkeun metode aperture anular pikeun ngahasilkeun sinar Bessel. Gelombang pesawat datang sacara tegak lurus kana celah anular ti kénca sareng difraksi lumangsung.
Saatos éta, lénsa positif ngalakukeun transformasi Fourier, anu ngahasilkeun formasi sinar Bessel di tukangeun lénsa. Jarak rambatan non-difraksi Zmax aya hubunganana sareng diaméter d tina celah annular sareng aperture numerik lénsa.
Sanaos metode ieu tiasa ngahasilkeun sinar Bessel orde nol, efisiensi konvérsi énergina handap pisan, janten hésé diterapkeun dina widang pamrosésan laser.
Métode Modulator Cahaya Spasial: Prosés generasi sinar Bessel orde nol dasarna mangrupikeun prosés ngarobih distribusi fase sinar. Ku alatan éta, sinar Bessel orde nol ogé tiasa dihasilkeun nganggo modulator cahaya spasial. Modulator cahaya spasial nyaéta jinis alat modulasi optoelektronik anu ngontrol inténsitas médan cahaya sareng distribusi fase ngalangkungan sinyal listrik. Sinar Bessel orde nol tiasa dihasilkeun ku cara nerapkeun fase lénsa kerucut, sapertos anu dipidangkeun dina gambar di handap ieu, kana panel kerja modulator cahaya spasial.
Métode aksikon: Aksikon nyaéta salah sahiji unsur difraktif berbasis kaca pasif anu paling umum dianggo pikeun ngahasilkeun sinar Bessel. Nalika sinar Gaussian biasana asup sareng ngaliwat aksikon, distribusi fasena dimodulasi, ngarobihna janten sinar Bessel orde nol tanpa aya leungitna énergi, sapertos anu dipidangkeun dina gambar di handap ieu.
Kusabab biaya anu murah, gampang dianggo, sareng ambang karusakan laser anu luhur tina aksikon kaca, ogé efisiensi panggunaan énergi anu luar biasa luhur, aksikon mangrupikeun pilihan utama pikeun ngahasilkeun sinar Bessel pulsa ultrapondok dina widang pamrosésan laser. Gambar di handap ieu nunjukkeun skema penyempitan sinar sareng transmisi sinar Bessel orde nol. Ku cara nyaluyukeun pembesaran sareng orientasi sistem pencitraan 4f, jarak rambatan non-difraktif, sudut satengah kerucut, sareng sudut miring dina arah rambatan sinar Bessel tiasa dikontrol kalayan gampang.
Nalika sinar Bessel orde nol kalayan sudut satengah kerucut Ɵ1 sareng jarak rambatan bébas difraksi Zmax ngaliwat sistem 4f anu diwangun ku lénsa (L1) sareng lénsa objéktif (L2), diménsi géométri bakal dikomprés deui. Pembesaran lateral sakitar M=f1/f2=5, sareng pembesaran longitudinal sakitar M2=25. Ku kituna, pencitraan ahir tina sinar Bessel orde nol di jero sampel tiasa digambarkeun ku parameter géométri:
Parameter géométri tina sinar Bessel anu dicitrakeun di jero sampel kaca kuarsa dina sudut kerucut anu béda sareng pembesaran komprési sinar.
| sudut puncak aksial α (°) | Radius pancaran input d(mm) | (ehm) | M=f1/f2 | Ɵ2 (°) | Zmax2 | |
| 0.5 | 3.8 | 1.03 | 20 | 3.1 | 3504 | 10.04 |
| 0.5 | 3.8 | 1.03 | 30 | 4.7 | 1555 | 6.7 |
| 0.5 | 3.8 | 1.03 | 40 | 6.2 | 873 | 5.02 |
| 0.5 | 3.8 | 1.03 | 50 | 7.8 | 558 | 4.02 |
| 1 | 3.8 | 1.03 | 20 | 6.2 | 1747 | 5.02 |
| 1 | 3.8 | 1.03 | 30 | 9.3 | 772 | 3.36 |
| 1 | 3.8 | 1.03 | 40 | 12.4 | 432 | 2.52 |
| 1 | 3.8 | 1.03 | 50 | 15.5 | 274 | 2.04 |
| 2.5 | 3.8 | 1.03 | 20 | 15.5 | 684 | 2.04 |
| 2.5 | 3.8 | 1.03 | 30 | 23.3 | 294 | 1.38 |
| 2.5 | 3.8 | 1.03 | 40 | 38.83 | 94.4 | 0.86 |
Distribusi inténsitas medan fokus tina sinar Bessel
- r sareng z: Komponen koordinat radial sareng aksial, masing-masing.
- λ: Panjang gelombang pusat laser.
- w: radius 1/e² tina sinar Gaussian datang.
- P0: Kakuatan puncak laser pulsa ultrapondok.
- β1: Sudut satengah kerucut tina balok Bessel saatos komprési balok.
- k: Véktor gelombang.
- J0: Fungsi Bessel orde nol.
Distribusi inténsitas sinar Bessel orde nol di jero kaca kuarsa: Di kénca nyaéta distribusi kapadetan kakuatan optik sapanjang arah rambatan sareng tampilan penampang, sareng di katuhu nyaéta distribusi kapadetan kakuatan optik sapanjang sumbu sareng tampilan penampang
2. Ciri-ciri Sinar Bessel Pulsa Femtosecond dina Kaca Silika anu Dilebur
Gambar (a) nunjukkeun mikrograf interaksi antara pulsa femtosecond sinar Bessel sareng kaca silika anu ngahiji dina énergi pulsa anu béda. Lebar pulsa laser tetep dina 220 fs, sareng sudut satengah kerucut sinar Bessel di jero sampel nyaéta 12,4°. Tiasa dititénan yén daérah anu kapangaruhan laser nunjukkeun struktur linier hiji diménsi anu khas. Nalika énergi pulsa laser kirang ti 9,5 μJ, indéks bias bahan di daérah fokus ningkat, katingalina salaku daérah hideung dina mikrograf.
Nalika énergi pulsa laser ngaleuwihan 9,5 μJ, indéks bias bahan dina daérah fokus nurun, némbongan salaku daérah bodas dina mikrograf, sareng panjang daérah bodas ningkat kalayan ningkatna énergi pulsa. Ku cara ngagosok sampel, urang niténan ciri morfologis daérah bodas dina énergi pulsa 15,4 μJ dina mikroskop éléktron scanning, sapertos anu dipidangkeun dina Gambar (b). Bisa dicindekkeun yén nanopore kalayan diaméter sakitar 200 nm kabentuk dina daérah kalayan indéks bias anu dikirangan.
Ngaliwatan sistem etsa sinar ion sareng sistem observasi mikroskop éléktron scanning in-situ, kami langkung mastikeun ayana nanopore (Gambar c). Ku alatan éta, pikeun ngaminimalkeun generasi cacad anu diinduksi laser, énergi pulsa tunggal henteu kedah ngaleuwihan 9,5 μJ salami pangelasan laser.
3. Ngahontal Mikro-Welding Kualitas Luhur Antara Kacamata Silika anu Dilebur nganggo Laser Pulsa Ultrashort Bessel.
Gambar (a) nunjukkeun mikrograf tampilan luhur tina beungeut las sampel. Katingali yén garis las laser seragam sareng mulus. Sanaos masih aya sababaraha cacad mikropori anu disebarkeun sacara acak dina daérah las, sacara umum, éta langkung saé tibatan garis las laser Gaussian. Pangukuran nunjukkeun yén lébar garis las sakitar 18 μm, sareng jarak antara garis las nyaéta 40 μm. Gambar (b) nunjukkeun mikrograf tampilan sisi tina garis las sampel.
Bisa katingali yén celah antara sampel ngaleungit sagemblengna saatos diprosés laser, sareng bahan anu caket antarmuka parantos ngahiji janten hiji éntitas saatos ngalaman prosés pendinginan-lééh termal. Pangukuran ngungkabkeun yén jerona daérah lééh termal anu diinduksi laser ngahontal dugi ka 227 μm. Ieu nunjukkeun yén salami pangelasan laser kalayan parameter ieu, jerona aksial posisi fokus tiasa ngahontal dugi ka 227 μm, nyaéta opat kali lipat tina pangelasan laser Gaussian dina kaayaan anu sami.
4. Dimana Meuli Lénsa Bessel?
Opto-Electronic Panjang Gelombang nawiskeun lénsa Bessel kualitas luhur anu dianggo dina aplikasi pamrosésan laser. Tunabilitas jerona fokus sinar kaluaran ku cara nyaluyukeun ukuran diaméter sinar input mangrupikeun fitur anu paling pikaresepeun tina sistem optik sinar Bessel ieu.
| Bagian No | Panjang gelombang (nm) | Jarak Gawé (mm) | Diaméter Balok Input Maks (mm) | Jero Fokus anu Dirancang (mm) | Panjang Total (mm) |
|---|---|---|---|---|---|
| BESL-355-D10-T1 | 355 | 15.50 | 10 | 1.0 | 377.00 |
| BESL-532-10-D10 | 532 | 11.86 | 10 | 1.5 | 202.84 |
| BESL-1064-D10-T2 | 1064 | 10.80 | 10 | 2.0 | 238.00 |
| BESL-1064-D20-T12 | 1064 | 15.00 | 20 | 12.0 | 315.05 |
Waktos posting: 10-Okt-2024