Om de materialen oan beide kanten fan 'e ynterface tagelyk te smelten en in hege-sterkte mikroregio-bining te meitsjen, moat it laserfokuspunt presys op it stekproef fokussearre wurde, wat strange easken stelt oan 'e ferwurkingskrektens fan it lassysteem. Derneist, fanwegen de grutte aksiale yntensiteitsgradiënt fan 'e Gaussyske striel nei it fokussearjen, is de temperatuer fan it fokusfjild ûngelikense, wêrtroch it gefoelich is foar it foarmjen fan mikro- en nano-leegte-defekten yn it laser-troffen gebiet, wat op syn beurt ynfloed hat op 'e laskwaliteit fan it stekproef.
Romtlike ljochtfoarmingstechnology kin brûkt wurde om Bessel-strielen fan nulde oarder te generearjen om de yntensiteitsferdieling fan it laserfokale fjild te optimalisearjen. Dizze oanpak ferminderet de axiale yntensiteitsgradiënt en ferlingt de fokale lingte, wêrtroch de djipte-breedteferhâlding fan it termyske effektgebiet dat troch de laser foarme wurdt fergruttet. As gefolch dêrfan ferminderet it de easken foar fokussearringsnauwkeurigens fan it laserlassysteem, wêrtroch sawol de laskwaliteit as de effisjinsje ferbettere wurde.
1. De generaasje en parameterûntwerp fan net-diffraktearjende Bessel-balken
Yn 1987 stelde Durnin foar it earst de Bessel-striel fan nulde oarder foar, dy't unike net-diffraktearjende eigenskippen sjen lit: syn transversale ljochtfjildintensiteitsferdieling bliuwt ûnferoare tidens fuortplanting, en de grutte fan 'e sintrale flek is altyd tichtby de diffraksjelimyt. Derneist litte Bessel-strielen ek in selsgenêzende eigenskip sjen tidens fuortplanting. As de sintrale flek blokkearre wurdt, sil it omlizzende ljocht nei it sintrum konvergearje om de sintrale flek te "reparearjen". De wiskundige útdrukking foar de transversale ljochtfjildferdieling fan in Bessel-striel fan nulde oarder is:
Yn 'e útdrukking:
- J0 stiet foar de Bessel-funksje fan nulde oarder.
- r en φ binne respektivelik de radiale en hoekekoördinateleminten.
- z is de fuortplantingsôfstân.
- Kr en Kz binne respektivelik de transversale en longitudinale golfvektor-eleminten.
De sintrale haadflek fan in Bessel-striel fan nulde oarder hat in sterke opslutingskapasiteit, wêrtroch bestralingsnivo's fan 'e oarder fan TW/cm² of heger mooglik binne, wat effektyf net-lineare absorpsje yn materialen kin oansette. Wichtiger is dat de net-diffraktearjende propagaasjekarakteristyk fan Bessel-strielen fan nulde oarder in gruttere fokusdjipte en in lytsere aksiale yntensiteitsgradiënt leveret, wêrtroch in hast unifoarm temperatuerfjild ûntstiet en de foarming fan lasdefekten ûnderdrukt wurdt.
De folgjende figuer lit in ferliking sjen fan 'e brânpuntsôfstân fan Bessel-strielen en Gauss-strielen ûnder deselde transversale opslutingskapasiteit. Bessel-strielen hawwe in flinke djipte fan fokus, wylst se in transversale diameter fan it brânpunt op mikronnivo behâlde.
Der binne ferskate metoaden foar it generearjen fan Bessel-balken fan nulde oarder, en de folgjende trije haadmetoaden binne gewoan:
Ringfoarmige diafragmametoade: De ringfoarmige diafragmametoade, lykas de namme al seit, omfettet it brûken fan in ringfoarmige spleet om Bessel-strielen te produsearjen. Dit wie ek de earste suksesfolle metoade foar it generearjen fan Bessel-strielen. It ûndersteande diagram yllustrearret de ringfoarmige diafragmametoade foar it generearjen fan Bessel-strielen. In flakgolf falt loodrecht op 'e ringfoarmige spleet fan links en diffraksje fynt plak.
Dêrnei fiert in positive lens in Fourier-transformaasje út, wat resulteart yn 'e foarming fan in Bessel-striel efter de lens. De net-diffraktearjende fuortplantingsôfstân Zmax is relatearre oan de diameter d fan 'e ringfoarmige spleet en de numerike iepening fan 'e lens.
Hoewol dizze metoade Bessel-strielen fan nulde oarder kin generearje, is de enerzjykonverzje-effisjinsje ekstreem leech, wêrtroch it lestich is ta te passen yn laserferwurkingsfjilden.
Romtlike Ljochtmodulatormetoade: It generaasjeproses fan in Bessel-striel fan nulde oarder is yn essinsje in proses fan it feroarjen fan 'e fazeferdieling fan' e striel. Dêrom kin in Bessel-striel fan nulde oarder ek generearre wurde mei in romtlike ljochtmodulator. In romtlike ljochtmodulator is in type opto-elektronysk modulaasjeapparaat dat de yntensiteit en fazeferdieling fan it ljochtfjild kontrolearret fia elektryske sinjalen. In Bessel-striel fan nulde oarder kin generearre wurde troch de konyske lensfaze, lykas werjûn yn 'e ûndersteande ôfbylding, ta te passen op it wurkpaniel fan' e romtlike ljochtmodulator.
Aksikonmetoade: In aksikon is ien fan 'e meast brûkte passive glês-basearre diffraktive eleminten foar it generearjen fan Bessel-strielen. As in Gaussyske striel normaal ynfalt op en troch in aksikon giet, wurdt de fazeferdieling modulearre, wêrtroch't it sûnder enerzjyferlies yn in Bessel-striel fan nulde oarder feroaret, lykas te sjen is yn 'e ûndersteande figuer.
Fanwegen de lege kosten, it gemak fan gebrûk en de hege laserskeadrompel fan glêzen aksikonen, lykas har útsûnderlik hege enerzjygebrûkseffisjinsje, binne aksikonen de primêre kar foar it generearjen fan ultrakoarte puls Bessel-strielen op it mêd fan laserferwurking. De ûndersteande figuer lit in skematyske werjefte sjen fan 'e strielfernauwing en transmissie fan in Bessel-striel fan nulde oarder. Troch de fergrutting en oriïntaasje fan it 4f-ôfbyldingssysteem oan te passen, kinne de net-diffraktive fuortplantingsôfstân, de healkegelhoeke en de kantelhoeke yn 'e fuortplantingsrjochting fan' e Bessel-striel maklik kontroleare wurde.
As in Bessel-striel fan nulde oarder mei in healkegelhoek fan Ɵ1 en in diffraksjefrije ferspriedingsôfstân fan Zmax troch in 4f-systeem giet dat bestiet út in lens (L1) en in objektivlens (L2), sille de geometryske dimensjes fierder komprimearre wurde. De laterale fergrutting is sawat M=f1/f2=5, en de longitudinale fergrutting is sawat M2=25. Sa kin de definitive ôfbylding fan 'e Bessel-striel fan nulde oarder yn it stekproef fertsjintwurdige wurde troch de geometryske parameters:
Geometryske parameters fan 'e Bessel-striel ôfbylde yn in kwartsglêsmonster ûnder ferskate kegelhoeken en strielkompresjefergruttings.
| axiale tophoek α (°) | Ynfierstraalradius 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 |
Fokusfjildintensiteitsferdieling fan in Bessel-beam
- r en z: Radiale en axiale koördinaatkomponinten, respektivelik.
- λ: Sintrale golflingte fan 'e laser.
- w: 1/e² straal fan 'e ynfallende Gaussyske striel.
- P0: Peakkrêft fan 'e ultrakoarte pulslaser.
- β1: Healkegelhoeke fan 'e Bessel-beam nei beamkompresje.
- k: Golfvektor.
- J0: Bessel-funksje fan nulde oarder.
Yntensiteitsferdieling fan 'e Bessel-striel fan nulde oarder yn kwartsglês: Oan 'e lofterkant binne de ferdieling fan optyske krêftdichtheid lâns de ferspriedingsrjochting en de dwerssnit, en oan 'e rjochterkant binne de ferdieling fan optyske krêftdichtheid lâns de as en de dwerssnit
2. Karakteristiken fan 'e Femtosekonde Puls Bessel Beam yn Fused Silica Glass
Figuer (a) lit de mikrografyen sjen fan 'e ynteraksje tusken femtosekonde-puls Bessel-strielen en fusearre silika-glês by ferskate pulsenerzjy's. De laserpulsbreedte is fêststeld op 220 fs, en de healkegelhoeke fan 'e Bessel-striel yn it stekproef is 12,4°. It kin waarnommen wurde dat it troch de laser beynfloede gebiet in typyske iendiminsjonale lineêre struktuer sjen lit. As de laserpulsenerzjy minder is as 9,5 μJ, nimt de brekingsyndeks fan it materiaal yn it fokale gebiet ta, en ferskynt as in swart gebiet yn 'e mikrografy.
As de enerzjy fan 'e laserpuls mear as 9,5 μJ is, nimt de brekkingsyndeks fan it materiaal yn it fokale gebiet ôf, en ferskynt it as in wyt gebiet yn 'e mikrograaf, en de lingte fan it wite gebiet nimt ta mei tanimmende pulsenerzjy. Troch it polyskjen fan it stekproef hawwe wy de morfologyske skaaimerken fan it wite gebiet by in pulsenerzjy fan 15,4 μJ ûnder in scanning-elektronenmikroskoop waarnommen, lykas te sjen is yn figuer (b). Der kin konkludearre wurde dat in nanopoar mei in diameter fan sawat 200 nm foarme wurdt yn it gebiet mei in fermindere brekkingsyndeks.
Troch ionbeam-etsen en in-situ scanning-elektronenmikroskoop-observaasjesystemen hawwe wy de oanwêzigens fan 'e nanopoar fierder befêstige (Ofbylding c). Dêrom, om de generaasje fan laser-induzearre defekten te minimalisearjen, moat de enerzjy fan ien puls net mear as 9,5 μJ wêze tidens laserlassen.
3. It berikken fan mikrolassen fan hege kwaliteit tusken fusearre silikaglêzen mei Bessel Ultrashort Pulse Laser.
Figuer (a) lit in mikrograaf fan boppen sjen fan it lasflak fan it stekproef. It is te sjen dat de laserlasline unifoarm en glêd is. Hoewol d'r noch in pear willekeurich ferdielde mikropoardefekten binne yn it lasgebiet, is it oer it algemien signifikant better as de Gaussyske laserlasline. Mjittingen litte sjen dat de breedte fan 'e lasline sawat 18 μm is, en de ôfstân tusken de laslinen 40 μm is. Figuer (b) lit in mikrograaf fan sydnen sjen fan 'e lasline fan it stekproef.
It is te sjen dat de gat tusken de samples folslein ferdwynt nei laserferwurking, en it materiaal tichtby de ynterface is gearfoege ta ien ienheid nei it ûndergean fan it termyske smelte-kuolproses. Mjittingen litte sjen dat de djipte fan it laser-induzearre termyske smeltegebiet oant 227 μm berikt. Dit jout oan dat by laserlassen mei dizze parameters de aksiale djipte fan 'e fokusposysje oant 227 μm kin berikke, wat fjouwer kear sa heech is as by Gaussiaansk laserlassen ûnder deselde omstannichheden.
4. Wêr kinne jo Bessel-lenzen keapje?
Wavelength Opto-Electronic biedt Bessel-lenzen fan hege kwaliteit dy't brûkt wurde yn laserferwurkingsapplikaasjes. De ynstelberens fan 'e djipte fan fokus fan' e útfierstriel troch it oanpassen fan 'e grutte fan' e ynfierstrieldiameter is it meast oantreklike skaaimerk fan dit Bessel-strieloptyske systeem.
| Dielnûmer | Golflingte (nm) | Wurkôfstân (mm) | Maks. ynfierstrieldiameter (mm) | Untworpen djipte fan fokus (mm) | Totale lingte (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 |
Pleatsingstiid: 10 oktober 2024