01 Įvadas
Per pastarąjį dešimtmetį padaryta didelė pažanga tiriant itin greitus impulsinius lazerius, gerinant jų apdorojimo stabilumą ir lankstumą. Nors ypač greitų impulsinių lazerių apdorojimo kokybė gali patenkinti daugelio programų poreikius, vis dar trūksta gamybos efektyvumo pramoninio taikymo scenarijuose, kai apdorojimui naudojami itin greiti impulsiniai (USP) lazeriai. Yra du būdai pagerinti USP apdorojimą: 1) didinant impulsų energiją; 2) didinant pulso pasikartojimo dažnį. Medžiagų apdorojimo, naudojant USP lazerius, gamybos efektyvumas turėtų konkuruoti su kitomis technologijomis, todėl mokslininkai įdėjo milžiniškas pastangas į lazerio energijos valdymą, ne tik patį lazerį. Lazerio spindulio padėčiai, krypčiai ir formai ant ruošinio valdyti naudojamos įvairios mechaninės ir optinės sistemos.
02Vibruojantis veidrodis ir daugiakampis skaitytuvas
Patogiausias ir patogiausias greitas lazerio spindulio padėties nustatymas pasiekiamas naudojant galvanometrinį skaitytuvą, kuris beveik be inercijos vertikalia kryptimi pakreipia du veidrodžius. Šiuolaikiniai galvanometro skaitytuvai su 160 mm židinio nuotolio f{1}}f{1}} objektyvu gali perkelti lazerio spindulį 20 m/s greičiu 100 mm x 100 mm matymo lauke. Esant tokiam greičiui, sinchronizuoti lazerio impulsą su lazerio spindulio judesiu tampa sudėtinga. Daugiakampiai skaitytuvai plačiai naudojami vaizdavimui ir brūkšninių kodų skaitymui, o medžiagų apdorojimo srityje jie vis dar naujiena. Jie gali perkelti lazerio spindulį ruošinio paviršiumi 100–1000 m/s greičiu. USP lazerio impulsų sinchronizavimas su labai stabiliu daugiakampio sukimu yra sudėtingesnis. Sujungus daugiakampius skaitytuvus su vienos-ašies galvanometriniais skaitytuvais, buvo sukurtas greitas dviejų{14}}matmenų skaitytuvas (1 pav.). Nepertraukiamų lazerio impulsų pasiskirstymas visoje lazerio apdorojimo srityje atskiria šilumos kaupimosi ir plazmos ekranavimo efektus.
03 Lazerio spindulio formavimas
Dauguma lazerių skleidžia Gauso pluošto profilio pluoštus. Intensyvumas yra didelis spindulio centre ir mažesnis kraštuose. Šis erdvinis energijos pasiskirstymas nėra naudingas daugeliui programų, ypač apdorojant ploną plėvelę. Lazerio spindulio formavimo ir homogenizavimo metodai gali optimizuoti formą įvairioms lazerinių medžiagų apdorojimo reikmėms. Difrakciniai optiniai elementai (DOE) gali paversti apskritą Gauso spindulį į stačiakampį viršutinį -spinduliuotą spindulį, kuriame didelė pluošto skersmens dalis išlaiko intensyvumą ir taip suteikia procesui tinkamą lazerio spindulio formą, kaip parodyta 2 paveiksle.
Lankstus lazerio spindulių formavimo variantas yra naudoti erdvinius šviesos moduliatorius (SLM), pagrįstus pikselių įrenginiais su elektra perjungiamais skystaisiais kristalais. Kompiuterio-sugeneruotos hologramos perduodamos SLM valdymo elektronikai, kad būtų nustatytos fazės arba amplitudės kaukės lazerio spinduliui. SLM, kartu su femtosekundiniais lazeriais, generuoja kelis difrakcinius pluoštus lygiagrečiam apdorojimui, žymiai padidindamas didelio tikslumo silicio ir titano lydinių mikrostruktūrizavimo našumą daugiau nei dešimt kartų.
2 pav. Kvadratinio viršutinio lazerio spindulio, suformuoto naudojant FBS ir sferinį lęšį (dešinėje), intensyvumo pasiskirstymas, išmatuotas naudojant CCD kamerą. Įvesties pluošto profilis rodomas kairėje. Vidutinė lazerio išėjimo galia yra 12 W.
04 Kelių spindulių sistema
Naudojant didelės galios USP lazerius su dideliu impulsų pasikartojimo dažniu MHz diapazone, gali kilti šiluminio poveikio zonos problemų, tokių kaip perkaitimas ir lydalo susidarymas, dėl kurių gali pablogėti abliacijos kokybė. Norint pasiekti aukštą abliacijos kokybę, reikia kruopščiai suderinti visus proceso parametrus, tačiau pažangių galvanometrų ar daugiakampių skaitytuvų didelio pluošto nukreipimo greitis ne visada užtikrina tikslius mikro{1}}apdirbimo sprendimus. Šiuo atveju keli lazerio spinduliai siūlo universalų didelės galios abliacijos sprendimą, kaip parodyta 3 paveiksle, kuriame iliustruojami lygiagretaus apdorojimo rezultatai, naudojant gardelę, sukurtą naudojant Dammann gardelę, kad susidarytų difrakcijos 1 × 5 ir 5 × 5 pluošto matricos.
3 pav. (a) Kai G1=0 ir G2=125, lazerinis profilometras (Spiricon) stebėjo 1 × 5 (kairėje) ir 5 × 5 (dešinėje) masyvą. (b) Akliosios skylės buvo apdorotos poliruotuose Ti64 mėginiuose, naudojant 1 × 5 (kairėje) ir 5 × 5 (dešinėje) Dammann groteles (G1=0, G2=125).
05 Santrauka
Ultratrumpų impulsų lazeriai generuoja koherentinius šviesos impulsus, kurių impulsų trukmė svyruoja nuo pikosekundžių iki femtosekundžių, ir tampa vis populiaresni precizinio apdirbimo lazeriu mikro{0}}procese. Jie naudingi ne tik dėl geros nuspėjamosios lazerinės abliacijos, kuri slopina šilumos paveiktą zoną, bet ir dėl patobulintos netiesinės sąveikos su medžiagomis, atveriant naujas apdorojimo galimybes, ypač naudojant skaidrias medžiagas. Apibendrinant galima teigti, kad ultratrumpų impulsų lazerių kūrimas veiksmingai paskatino abliacijos proceso optimizavimą.
