01 Popieriaus vadovas
Dėl puikių fizikinių ir cheminių savybių skaidrios medžiagos (pvz., stiklas ir safyras) yra nepakeičiamos pramonėje ir pažangiausiuose{0}}tyrimuose. Tačiau dėl didelio kietumo ir didelės pralaidos charakteristikos mechaninis apdorojimas tapo šimtmečiu{2}}senu iššūkiu. Femtosekundinių lazerių atsiradimas sukėlė revoliuciją skaidrių medžiagų vidinio modifikavimo ir apdorojimo srityje, tačiau tokios problemos kaip lėtas apdorojimo greitis ir jautrumas įtempiams visada buvo kliūtis, ribojanti jų pramoninį pritaikymą (pvz., 1000 skylių per sekundę reikalavimas gaminant stiklą per{5}}angas). Šiame dokumente pristatomas naujas itin greito skaidrių medžiagų gręžimo metodas, pasiekiamas naudojant trumpalaikį elektroninį sužadinimą, apdorojimo greitis padidintas milijoną kartų, palyginti su tradiciniais smūginio gręžimo būdais.
02Viso teksto apžvalga
Tyrime siūloma technika, vadinama „Beselio pereinamąja selektyviąja lazerio absorbcija“. Pirma, Gauso-paskirstytas pikosekundžių lazeris formuojamas į Besselio pluoštą, kuris gali sužadinti ilgų vienodų elektronų sužadinimo kanalų arba „lazerio gijų“ susidarymą, vienu patekimu į skaidrias medžiagas. Šio kanalo susidarymas akimirksniu keičia medžiagos optines savybes nuo pikosekundės iki nanosekundės skalėje, transformuojant iš izoliatoriaus į būseną, panašią į pusiau -metalą, o sugerties koeficientas smarkiai padidėja. Tuo pačiu metu lazerio gijos efektyviai ir tolygiai sugeria mikrosekundžių-ilgio impulsinę lazerio energiją, akimirksniu įkaitindamos medžiagą kanale iki išgaravimo ir pašalinimo taško. Šiuo metodu sumaniai išvengiama plazmos atspindžio ekranavimo efektų, matomų atliekant tradicinį didelio intensyvumo{7}}lazerinį apdorojimą. Galiausiai 1 mm storio kvarciniame stikle, be jokio kūgiškumo ar mikroratų, per keliasdešimt mikrosekundžių galima sukurti aukštos-kokybės kiaurymę, kurios skersmuo yra apie 3,1 mikrono, o gylio -skersmens santykis iki- iki 322.
03Grafinė analizė
1 paveiksle (A) parodytas optinio kelio dizainas, kuriame pikosekundinio lazerio impulsas ir mikrosekundinio lazerio impulsas ašine prizme atitinkamai formuojami į Beselio pluoštus, tada bendraašiai sujungiami per pluošto skirstytuvą ir sufokusuojami skaidrios medžiagos pavyzdžiu. 1 paveiksle (B) parodytas fizinis procesas apdirbimo metu: Pirmas žingsnis, pikosekundinis lazeris medžiagos viduje indukuoja ilgą ir vienodą elektronų sužadinimo kanalą; Antras veiksmas, sekanti mikrosekundžių lazerio energija selektyviai sugeriama šiame kanale, todėl medžiaga akimirksniu ir tolygiai pašalinama, galiausiai susidaro kiauras{4}}skylė su dideliu formatu.
2 paveiksle intuityviai pavaizduotas pagrindinis fizinis mechanizmas naudojant siurblio{1}}zondo vaizdavimo technologiją. Beselio impulsas, kurio impulso plotis yra 5 ps, kvarciniame stikle indukuoja gijas, leidžiančias stabiliai susidaryti vienodui, ilgesniam nei 1 mm ilgio sužadinimo kanalui per 10 ps. Dar svarbiau, kad šis kanalas, turintis didelį sugerties koeficientą, gali stabiliai egzistuoti mažiausiai 1,8 ns, daug ilgiau nei elektronų-gardelės atsipalaidavimo laikas, išlaikant plazmą didelės-energijos būsenoje ir sudarydamas pakankamas sąlygas selektyviai sugerti tolesnius mikrosekundžių impulsus.
3 paveiksle parodyta mikro-lygmens skylės morfologija. 1 mm storio kvarciniame stikle maždaug 3,1 µm skersmens kiaurymei apdoroti užtrunka tik 20 mikrosekundžių, o gylio-ir-skersmens santykis siekia net 322. Iš šono matyti, kad kanalas yra tiesus ir be kūgio, su lygiomis angų sienelėmis, kuriose nėra itin aukštos kokybės mikroratų. Reguliuojant mikrosekundinio lazerio impulso plotį, skylės skersmuo taip pat gali būti reguliuojamas tam tikru mastu.
4 paveiksle parodytas šios technologijos universalumas ir pramoninio pritaikymo potencialas. Be kvarcinio stiklo, šis metodas taip pat buvo sėkmingai taikomas įvairioms dažniausiai naudojamoms skaidrioms medžiagoms, tokioms kaip borosilikatinis stiklas ir natrio -kalkių stiklas. Fiksuojant lazerį ir naudojant didelės-greitos judančią platformą, galima pasiekti itin-didelį 1 000 skylių per sekundę efektyvumą, patikimai sukuriant tūkstančius vienodų kiaurymių-masyvų.
04 Santrauka
Šiame straipsnyje atliktais tyrimais buvo pasiekta naujovė lazerinio apdorojimo srityje naudojant trumpalaikio elektroninio sužadinimo technologiją. Sumaniai atskyrus du fizinius „elektronų sužadinimo“ ir „medžiagos pašalinimo“ procesus ir priskyrus juos dviem laikinai koordinuotiems pikosekundžių ir mikrosekundžių lazerio impulsams, jis sėkmingai įveikė pagrindines lėto greičio ir mažo energijos panaudojimo problemas tradiciniame itin greitame lazeriniame apdorojime, padidindamas gręžimo efektyvumą milijoną kartų. Ši technologija ne tik įgalina itin-greitą, aukštą-kokybę ir aukštą kraštinių santykį, naudojant-skyles iš milimetrų-storio skaidrių medžiagų, bet ir parodo jos universalumą įvairiose medžiagose ir didžiulį didelio-gamybos potencialą. Tikimasi, kad šis proveržis turės didelį poveikį puslaidininkių pakuočių, biomedicinos pritaikymo ir pažangiausių{8}} mokslinių tyrimų srityse.
