Metòd Konsepsyon Bessel Beam

Pou fonn materyèl yo an menm tan sou tou de bò entèfas la epi etabli yon lyezon mikwo-rejyon ki gen gwo fòs, pwen fokal lazè a dwe konsantre avèk presizyon sou echantiyon an, sa ki enpoze demand sevè sou presizyon pwosesis sistèm soudaj la. Anplis de sa, akòz gwo gradyan entansite aksyèl reyon Gaussyen an apre fokalizasyon, tanperati chan fokal la inegal, sa ki fè li gen tandans fòme domaj mikwo- ak nano-vid nan rejyon ki afekte pa lazè a, ki an vire afekte kalite soudaj echantiyon an.

Teknoloji pou fòme limyè espasyal la ka itilize pou jenere gwo bout bwa Bessel ki gen lòd zewo pou optimize distribisyon entansite chan fokal lazè a. Apwòch sa a diminye gradyan entansite aksyal la epi li pwolonje longè fokal la, kidonk ogmante rapò pwofondè-lajè rejyon efè tèmik lazè a fòme a. Kòm rezilta, li diminye egzijans presizyon konsantrasyon sistèm soudaj lazè a, amelyore tou de kalite ak efikasite soudaj la.

1. Jenerasyon ak Konsepsyon Paramèt pous Bessel ki pa Difrakte yo

An 1987, Durnin te premye pwopoze gwo bout bwa Bessel lòd zewo a, ki montre pwopriyete inik ki pa difrakte: distribisyon entansite chan limyè transvèsal li a rete san chanjman pandan pwopagasyon, epi gwosè tach santral la toujou pre limit difraksyon an. Anplis de sa, gwo bout bwa Bessel yo montre tou yon pwopriyete oto-gerizon pandan pwopagasyon. Lè tach santral la bloke, limyè ki antoure a ap konvèje nan direksyon sant la pou "repare" tach santral la. Ekspresyon matematik pou distribisyon chan limyè transvèsal yon gwo bout bwa Bessel lòd zewo a se:

Nan ekspresyon an:

• J0 reprezante fonksyon Bessel lòd zewo a.
• r ak φ se eleman kowòdone radyal ak angilè yo, respektivman.
• z se distans pwopagasyon an.
• Kr ak Kz se eleman vektè ond transvèsal ak longitudinal yo, respektivman.

Pwen santral prensipal yon gwo bout bwa Bessel lòd zewo a gen yon kapasite konfinman solid, sa ki pèmèt nivo iradyasyon nan lòd TW/cm² oswa plis, sa ki ka efektivman eksite absòpsyon non lineyè nan materyèl yo. Pi enpòtan toujou, karakteristik pwopagasyon ki pa difrakte gwo bout bwa Bessel lòd zewo yo bay yon pi gwo pwofondè fokus ak yon pi piti gradyan entansite aksyèl, kidonk kreye yon chan tanperati prèske inifòm epi siprime fòmasyon domaj soude.

Figi ki anba la a montre yon konparezon longè fokal reyon Bessel yo ak reyon Gaussyen yo anba menm kapasite konfinman transvèsal la. Reyon Bessel yo posede yon pwofondè fokal konsiderab tout pandan y ap kenbe yon dyamèt tach fokal nivo mikron transvèsal.

Gen plizyè metòd pou jenere gwo bout bwa Bessel ki gen lòd zewo, epi twa metòd prensipal sa yo komen:

Metòd Ouvèti Anilè: Metòd ouvèti anilè a, jan non an sijere a, enplike itilizasyon yon fant anilè pou pwodui reyon Bessel yo. Sa a te tou premye metòd ki te reyisi pou jenere reyon Bessel yo. Dyagram ki anba a ilistre metòd ouvèti anilè a pou jenere reyon Bessel yo. Yon vag plan ensidan pèpandikilèman sou fant anilè a soti agoch ​​epi difraksyon rive.

Apre sa, yon lantiy pozitif fè yon transfòmasyon Fourier, sa ki lakòz fòmasyon yon reyon Bessel dèyè lantiy la. Distans pwopagasyon ki pa difrakte Zmax la gen rapò ak dyamèt d fant anilè a ak ouvèti nimerik lantiy la.

Malgre ke metòd sa a ka jenere gwo bout bwa Bessel lòd zewo, efikasite konvèsyon enèji a trè ba, sa ki fè li difisil pou aplike nan domèn pwosesis lazè.

Metòd Modilatè Limyè Espasyal: Pwosesis jenerasyon yon reyon Bessel zewo-lòd se esansyèlman yon pwosesis pou chanje distribisyon faz reyon an. Se poutèt sa, yon reyon Bessel zewo-lòd kapab tou pwodui lè l sèvi avèk yon modilatè limyè espasyal. Yon modilatè limyè espasyal se yon kalite aparèy modilasyon optoelektwonik ki kontwole entansite chan limyè a ak distribisyon faz li atravè siyal elektrik. Yon reyon Bessel zewo-lòd ka pwodui lè yo aplike faz lantiy konik la, jan yo montre nan figi ki anba a, sou panèl k ap travay modilatè limyè espasyal la.

Metòd Axicon: Yon aksikon se youn nan eleman difraktif pasif ki baze sou vè ki pi souvan itilize pou jenere reyon Bessel yo. Lè yon reyon Gaussian nòmalman frape epi pase nan yon aksikon, distribisyon faz li module, transfòme li an yon reyon Bessel lòd zewo san okenn pèt enèji, jan yo montre nan figi ki anba a.

Akòz pri ki ba, fasilite itilizasyon, ak papòt domaj lazè ki wo nan aksikon an vè, ansanm ak efikasite itilizasyon enèji eksepsyonèlman wo yo, aksikon yo se chwa prensipal pou jenere batman kè ultra kout Bessel nan domèn pwosesis lazè. Figi ki anba a montre yon chema rediksyon ak transmisyon yon reyon Bessel lòd zewo. Lè w ajiste agrandisman ak oryantasyon sistèm imaj 4f la, distans pwopagasyon ki pa difraktif la, ang demi-kòn lan, ak ang enklinasyon nan direksyon pwopagasyon reyon Bessel la ka fasilman kontwole.

Lè yon reyon Bessel zewo-lòd ak yon ang demi-kòn Ɵ1 ak yon distans pwopagasyon san difraksyon Zmax pase nan yon sistèm 4f ki konpoze de yon lantiy (L1) ak yon lantiy objektif (L2), dimansyon jeyometrik yo ap konprese plis toujou. Agrandisman lateral la se apeprè M=f1/f2=5, epi agrandisman longitudinal la se apeprè M2=25. Kidonk, imaj final reyon Bessel zewo-lòd la andedan echantiyon an ka reprezante pa paramèt jeyometrik sa yo:

Paramèt jeyometrik gwo bout bwa Bessel la ki te pran andedan yon echantiyon vè kwatz anba diferan ang kòn ak agrandisman konpresyon gwo bout bwa a.

Distribisyon entansite chan konsantre yon gwo bout bwa Bessel

• r ak z: Konpozan kowòdone radyal ak aksyal, respektivman.
• λ: longèdonn santral lazè a.
• w: 1/e² reyon reyon Gaussyen ensidan an.
• P0: Pik puisans lazè pulsasyon ultrakout la.
• β1: Ang demi-kòn pout Bessel la apre konpresyon pout la.
• k: Vektè vag.
• J0: Fonksyon Bessel lòd zewo.

Distribisyon entansite gwo bout bwa Bessel lòd zewo andedan vè kwatz: Sou bò gòch la se distribisyon dansite puisans optik la sou direksyon pwopagasyon an ak vi seksyonèl la, epi sou bò dwat la se distribisyon dansite puisans optik la sou aks la ak vi seksyonèl la.

2. Karakteristik gwo bout bwa Bessel pulsasyon femtosegond nan vè silis fizyon

Figi (a) montre mikwograf entèraksyon ant reyon Bessel ki gen pulsasyon femtosegond ak vè silica fizyone nan diferan enèji pulsasyon. Lajè pulsasyon lazè a fiks a 220 fs, epi ang demi-kòn reyon Bessel la andedan echantiyon an se 12.4°. Nou ka obsève ke rejyon ki afekte pa lazè a prezante yon estrikti lineyè tipik yon dimansyon. Lè enèji pulsasyon lazè a mwens pase 9.5 μJ, endis refraksyon materyèl la nan rejyon fokal la ogmante, li parèt kòm yon rejyon nwa nan mikwograf la.

Lè enèji pulsasyon lazè a depase 9.5 μJ, endis refraksyon materyèl la nan rejyon fokal la diminye, li parèt kòm yon rejyon blan nan mikwograf la, epi longè rejyon blan an ogmante lè enèji pulsasyon an ogmante. Lè nou fin poli echantiyon an, nou obsève karakteristik mòfolojik rejyon blan an nan yon enèji pulsasyon 15.4 μJ anba yon mikwoskòp elektwonik optik, jan yo montre nan Figi (b). Nou ka konkli ke yon nanopò ki gen yon dyamèt apeprè 200 nm fòme nan rejyon ki gen yon endis refraksyon redwi.

Atravè sistèm gravur ak gwo bout bwa iyon ak sistèm obsèvasyon mikwoskòp elektwonik in-situ, nou te konfime prezans nanopò a (Figi c). Se poutèt sa, pou minimize jenerasyon domaj ki pwovoke pa lazè, enèji batman kè endividyèl la pa ta dwe depase 9.5 μJ pandan soude lazè.

3. Reyalize mikwo-soudaj kalite siperyè ant vè silis fizyon lè l sèvi avèk lazè pulsasyon ultrashort Bessel.

Figi (a) montre yon mikwografi sifas soude echantiyon an anlè. Nou ka wè liy soude lazè a inifòm e lis. Malgre ke toujou gen kèk domaj mikwopò ki distribye o aza nan zòn soude a, an jeneral, li siyifikativman pi bon pase liy soude lazè Gaussienne lan. Mezi yo montre ke lajè liy soude a se apeprè 18 μm, epi espas ki genyen ant liy soude yo se 40 μm. Figi (b) montre yon mikwografi liy soude echantiyon an anlè.

Nou ka wè ke espas ki genyen ant echantiyon yo disparèt nèt apre tretman lazè a, epi materyèl ki toupre entèfas la kole ansanm pou fòme yon sèl antite apre pwosesis fizyon-refwadisman tèmik la. Mezi yo revele ke pwofondè rejyon fizyon tèmik pwovoke pa lazè a rive jiska 227 μm. Sa endike ke pandan soude lazè ak paramèt sa yo, pwofondè aksyal pozisyon fokal la ka rive jiska 227 μm, ki se kat fwa plis pase soude lazè Gaussian nan menm kondisyon yo.

4. Ki kote pou achte lantiy Bessel?

Wavelength Opto-Electronic ofri lantiy Bessel kalite siperyè ki itilize nan aplikasyon pou pwosesis lazè. Ajustabilite pwofondè fokus reyon pwodiksyon an lè w ajiste gwosè dyamèt reyon antre a se karakteristik ki pi atiran nan sistèm optik reyon Bessel sa a.