01Paberi juhend
Läbipaistvad materjalid (nagu klaas ja safiir) on oma suurepäraste füüsikalis-keemiliste omaduste tõttu asendamatud tööstuses ja tipptasemel teadusuuringutes-. Kuid nende kõrge kõvadus ja suured ribalaiuse omadused on muutnud mehaanilise töötlemise sajandivanuseks väljakutseks. Femtosekundiliste laserite tulek on toonud kaasa revolutsiooni läbipaistvate materjalide sisemises muutmises ja töötlemises, kuid sellised probleemid nagu aeglane töötlemiskiirus ja vastuvõtlikkus pingekahjustustele on alati olnud kitsaskohad, mis piiravad nende tööstuslikku rakendust (nt nõue 1000 auku sekundis läbiva{5}}klaasi tootmisel). Selles artiklis tutvustatakse uut meetodit läbipaistvate materjalide ülikiireks puurimiseks-, mis saavutatakse mööduva elektroonilise ergastusega ja mille töötlemiskiirus on miljon korda suurem võrreldes traditsiooniliste löökpuurimise tehnikatega.
02 Täisteksti ülevaade
Uuring pakub välja tehnikat, mida nimetatakse Besseli mööduvaks selektiivseks laserabsorptsiooniks. Esiteks kujundatakse Gaussi{1}}jaotatud pikosekundiline laser Besseli kiireks, mis võib läbipaistvates materjalides ühekordselt ergutada pikkade ühtlaste elektronergastuskanalite ehk laserkiudude moodustumist. Selle kanali moodustumine põhjustab hetkelise muutuse materjali optilistes omadustes pikosekundi-nanosekundi skaalal, muutudes isolaatorist poolmetalliga sarnasesse olekusse koos neeldumisteguri järsu suurenemisega. Samal ajal neelavad laserkiud tõhusalt ja ühtlaselt mikrosekundi-pikkuse impulsslaseri energiat, soojendades kanalis oleva materjali koheselt aurustumis- ja eemaldamispunktini. See meetod väldib nutikalt plasma peegelduse varjestusefekte, mida on näha traditsioonilises suure intensiivsusega lasertöötluses. Lõppkokkuvõttes saab 1 mm paksuses kvartsklaasis ilma koonilisuse või mikrorekeeta luua vaid kümnete mikrosekundite jooksul kvaliteetse läbiva{10}}ava, mille läbimõõt on umbes 3,1 mikronit ja sügavuse -/-läbimõõdu suhe kuni 322.
03Graafiline analüüs
Joonisel 1 (A) on kujutatud optilise tee kujundust, kus pikosekundilise laseri impulss ja mikrosekundilise laseri impulss kujundatakse aksiaalse prisma abil vastavalt Besseli kiirteks, seejärel kombineeritakse need ko-aksiaalselt läbi kiire jaoturi ja fokusseeritakse läbipaistvale materjalinäidisele. Joonis fig 1 (B) näitab füüsikalist protsessi töötlemise ajal: Esimene samm: pikosekundiline laser indutseerib materjali sees pika ja ühtlase elektronergastuskanali; Teine etapp: järgnev mikrosekundiline laserenergia neeldub valikuliselt selles kanalis, saavutades materjali hetkelise ja ühtlase eemaldamise, moodustades lõpuks suure kuvasuhtega läbiva-ava.
Joonisel 2 on intuitiivselt näidatud pumba-sondi kujutise tehnoloogia abil põhiline füüsiline mehhanism. Besseli impulss impulsi laiusega 5 ps indutseerib kvartsklaasi sees filamente, võimaldades 10 ps jooksul stabiilselt moodustada ühtlase ergutuskanali pikkusega üle 1 mm. Veelgi olulisem on see, et see kõrge neeldumisteguriga kanal võib stabiilselt eksisteerida vähemalt 1,8 ns, mis on palju pikem kui elektron-võre relaksatsiooniaeg, hoides plasmat kõrge-energiaga olekus ja pakkudes piisavaid tingimusi järgnevate mikrosekundiliste impulsside selektiivseks neeldumiseks.
Joonis 3 näitab mikro-tasandi augu morfoloogiat. 1 mm paksuses kvartsklaasis kulub umbes 3,1 µm läbimõõduga -läbiva augu töötlemiseks vaid 20 mikrosekundit, mille sügavuse- ja-läbimõõdu suhe on kuni 322. Külgvaade näitab, et kanal on sirge ja kitsenemata ning siledate aukude seintega, mis on väga kvaliteetsed, ilma debriitide ja mikrorakkideta. Mikrosekundilise laseri impulsi laiust reguleerides saab teatud piirini reguleerida ka ava läbimõõtu.
Joonis 4 näitab selle tehnoloogia universaalsust ja tööstusliku kasutuse potentsiaali. Lisaks kvartsklaasile on seda meetodit edukalt rakendatud ka erinevatele enamkasutatavatele läbipaistvatele materjalidele nagu boorsilikaatklaas ja sooda-lubiklaas. Laseri fikseerimise ja suure -kiirusega liikuva platvormi kasutamisega on võimalik saavutada üli-kõrge efektiivsus 1000 auku sekundis, luues usaldusväärselt tuhandeid ühtseid läbi{8}}avade massiive.
04 Kokkuvõte
Selle artikli uurimustöö on saavutanud uuenduse lasertöötluse valdkonnas mööduva elektroonilise ergastustehnoloogia abil. Eraldades nutikalt kaks füüsikalist protsessi "elektronide ergastamine" ja "materjali eemaldamine" ning määrates need kahele ajaliselt koordineeritud pikosekunditele ja mikrosekunditele pikkusele laserimpulssile, sai see edukalt üle traditsioonilise ülikiire lasertöötluse aeglase kiiruse ja vähese energiakasutuse põhiprobleemid, suurendades puurimise efektiivsust miljon korda. See tehnoloogia mitte ainult ei võimalda ülikiiret, kõrget-kvaliteeti ja kõrget kuvasuhet läbi-augu valmistamise millimeetri paksustest{5}}läbipaistvatest materjalidest, vaid demonstreerib ka selle universaalsust erinevate materjalide puhul ja tohutut potentsiaali suuremahuliseks-tootmiseks. Sellel läbimurdel on eeldatavasti sügav mõju sellistes valdkondades nagu pooljuhtpakendid, biomeditsiinilised rakendused ja tipptasemel teaduslikud uuringud.
