Interfeýsiň iki tarapyndaky materiallary bir wagtyň özünde eredip, ýokary berklikli mikro-sebit baglanyşygyny döretmek üçin lazer fokus nokady nusgada takyk fokuslanmalydyr, bu bolsa kebşirleme ulgamynyň işleme takyklygyna berk talaplary goýýar. Mundan başga-da, fokuslanandan soň Gauss şöhlesiniň uly ok boýunça intensiwlik gradienti sebäpli, fokus meýdanynyň temperaturasy deň däl bolýar, bu bolsa lazer täsir eden sebitde mikro we nano-boşluklaryň döremegine meýilli edýär, bu bolsa öz gezeginde nusganyň kebşirleme hiline täsir edýär.
Giňişlikdäki ýagtylygy şekillendirmek tehnologiýasy lazer fokus meýdanynyň intensiwlik paýlanyşyny optimizirlemek üçin nol derejeli Bessel şöhlelerini döretmek üçin ulanylyp bilner. Bu çemeleşme ok boýunça intensiwlik gradientini azaldýar we fokus uzynlygyny uzaldýar, şeýdip lazer tarapyndan emele getirilýän termal täsir sebitiniň çuňlugynyň giňlige gatnaşygyny artdyrýar. Netijede, lazer kebşirleme ulgamynyň fokuslama takyklygy talaplaryny azaldýar, kebşirleme hilini we netijeliligini ýokarlandyrýar.
1. Difraksiýa etmeýän Bessel şöhleleriniň döremegi we parametr dizaýny
1987-nji ýylda Durnin ilkinji gezek nol tertipli Bessel şöhlesini teklip etdi, ol özboluşly difraksiýa etmeýän häsiýetleri görkezýär: onuň köndelen ýagtylyk meýdanynyň intensiwliginiň paýlanyşy ýaýrama wagtynda üýtgewsiz galýar we merkezi nokadyň ululygy hemişe difraksiýa çägine golaý bolýar. Mundan başga-da, Bessel şöhleleri ýaýrama wagtynda öz-özüni dikeldýän häsiýeti hem görkezýär. Merkezi nokat böwetlenende, töweregindäki ýagtylyk merkezi nokady "düzetmek" üçin merkeze tarap jemlener. Nol tertipli Bessel şöhlesiniň köndelen ýagtylyk meýdanynyň paýlanyşynyň matematiki aňlatmasy:
Bu sözlemde:
- J0 nol derejeli Bessel funksiýasyny görkezýär.
- r we φ degişlilikde radial we burç koordinata elementleridir.
- z ýaýrama aralygydyr.
- Kr we Kz degişlilikde transelen we uzynlyk tolkun wektor elementleridir.
Nol tertipli Bessel şöhlesiniň merkezi esasy nokady güýçli çäklendirme ukybyna eýedir, bu bolsa materiallarda çyzykly däl siňdirilişi netijeli döredip bilýän TW/sm² ýa-da ondan ýokary derejeli şöhlelenme derejelerini üpjün edýär. Has möhümi, nol tertipli Bessel şöhleleriniň diffraksiýa etmeýän ýaýrama häsiýeti has uly fokus çuňlugyny we kiçi ok boýunça intensiwlik gradientini üpjün edýär, şeýlelik bilen diýen ýaly deň temperatura meýdanyny döredýär we kebşirleme kemçilikleriniň emele gelmeginiň öňüni alýar.
Aşakdaky suratda Bessel şöhleleriniň we Gauss şöhleleriniň fokus uzynlygynyň birmeňzeş köndelen çäklendirme ukybynda deňeşdirilmegi görkezilýär. Bessel şöhleleri köndelen mikron derejesindäki fokus nokadynyň diametrini saklap galmak bilen, fokusyň ep-esli çuňlugyna eýedir.
Nol tertipli Bessel şöhlelerini döretmegiň birnäçe usuly bar we aşakdaky üç esasy usul giňden ýaýrandyr:
Halka görnüşli apertura usuly: Adyndan görnüşi ýaly, halka görnüşli apertura usuly Bessel şöhlelerini öndürmek üçin halka görnüşli ýarygy ulanmagy öz içine alýar. Bu, şeýle hem Bessel şöhlelerini öndürmegiň ilkinji üstünlikli usulydy. Aşakdaky diagramma Bessel şöhlelerini öndürmek üçin halka görnüşli apertura usulyny görkezýär. Tekiz tolkun halka görnüşli ýaryga çep tarapdan perpendikulýar ýagdaýda düşýär we difraksiya ýüze çykýar.
Soňra, pozitiw linza Furýe öwrülmesini amala aşyrýar, netijede linzanyň arkasynda Bessel şöhlesi emele gelýär. Difraksiýa döretmeýän ýaýrama aralygy Zmax halkalaýyn ýarygyň diametri d we linzanyň sanly diafragmasy bilen baglanyşyklydyr.
Bu usul nol tertipli Bessel şöhlelerini döredip bilse-de, energiýany öwürmek netijeliligi örän pes, bu bolsa ony lazer işläp bejeriş ulgamlarynda ulanmagy kynlaşdyrýar.
Meýdança Yşyk Modulýatorynyň usuly: Nol tertipli Bessel şöhlesiniň döremegi prosesi, esasan, şöhleniň faza paýlanyşyny üýtgetmek prosesidir. Şonuň üçin, nol tertipli Bessel şöhlesi hem giňişlik ýagtylyk modulýatoryny ulanyp döredilip bilner. Meýdança ýagtylyk modulýatory elektrik signallary arkaly ýagtylyk meýdanynyň intensiwligini we faza paýlanyşyny dolandyrýan optoelektron modulýasiýa enjamynyň bir görnüşidir. Nol tertipli Bessel şöhlesi, aşakdaky suratda görkezilişi ýaly, giňişlik ýagtylyk modulýatorynyň işçi paneline konus görnüşli linza fazasyny ulanmak arkaly döredilip bilner.
Aksikon usuly: Aksikon Bessel şöhlelerini döretmek üçin iň köp ulanylýan passiw aýna esasly difraktiw elementleriň biridir. Gauss şöhlesi adatça aksikona düşende we onuň içinden geçende, onuň faza paýlanyşy modullaşdyrylýar we aşakdaky suratda görkezilişi ýaly, energiýa ýitgisi bolmazdan nol tertipli Bessel şöhlesine öwrülýär.
Aýna aksikonlarynyň arzanlygy, ulanmagyň aňsatlygy we ýokary lazer zyýanynyň çägi, şeýle hem energiýany ulanmagyň örän ýokary netijeliligi sebäpli, aksikonlar lazer işläp taýýarlamak ulgamynda ultragysga impulsly Bessel şöhlelerini döretmek üçin esasy saýlawdyr. Aşakdaky suratda nol tertipli Bessel şöhlesiniň şöhle daralmagynyň we geçirilmeginiň shemasy görkezilen. 4f surat ulgamynyň ulaldyşyny we ugruny sazlamak arkaly, Bessel şöhlesiniň ýaýrama ugry boýunça diffraksiýa däl ýaýrama aralygyny, ýarym konus burçuny we egilme burçuny aňsatlyk bilen dolandyryp bolýar.
Ýarym konus burçy Ɵ1 we difraksiýasyz ýaýrama aralygy Zmax bolan nol tertipli Bessel şöhlesi linzadan (L1) we obýektiw linzadan (L2) ybarat bolan 4f ulgamyndan geçende, geometrik ölçegler has-da gysyşar. Gapdal ulaltma takmynan M=f1/f2=5, uzynlyk ulaltma bolsa takmynan M2=25. Şeýlelik bilen, nusganyň içinde nol tertipli Bessel şöhlesiniň soňky şekili geometrik parametrler bilen görkezilip bilner:
Kwars aýnasynyň nusgasynyň içinde dürli konus burçlary we şöhle basyş ulaldyşlary astynda suratlandyrylan Bessel şöhlesiniň geometrik parametrleri.
| ok boýunça uç burçy α (°) | Giriş şöhlesiniň radiusy d(mm) | (um) | 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-nji ýyl | 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-nji ýyl | 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 |
Bessel şöhlesiniň fokus meýdanynyň intensiwliginiň paýlanyşy
- r we z: Degişlilikde radial we ok koordinat bölekleri.
- λ: Lazeriň merkezi tolkun uzynlygy.
- w: düşýän Gauss şöhlesiniň 1/e² radiusy.
- P0: Ultra gysga impulsly lazeriň iň ýokary güýji.
- β1: Şöhle basylandan soň Bessel şöhlesiniň ýarym konus burçy.
- k: Tolkun wektory.
- J0: Nol tertipli Bessel funksiýasy.
Kwarts aýnasynyň içinde nol tertipli Bessel şöhlesiniň intensiwlik paýlanyşy: Çep tarapda ýaýrama ugry boýunça optiki güýjüň dykyzlyk paýlanyşy we kese-kesiş görnüşi, sag tarapda bolsa ok boýunça optiki güýjüň dykyzlyk paýlanyşy we kese-kesiş görnüşi görkezilen.
2. Eridilen kremniý aýnasyndaky femtosekund impulsly Bessel şöhlesiniň häsiýetnamalary
(a) suratda dürli impuls energiýalarynda femtosekund impulsly Bessel şöhleleri bilen ereýän kwarts aýnasynyň özara täsiriniň mikrograflary görkezilýär. Lazer impulsynyň giňligi 220 fs-de kesgitlenen we nusganyň içinde Bessel şöhlesiniň ýarym konus burçy 12,4°-dir. Lazer täsirlenen sebitiň adaty bir ölçegli çyzykly gurluşy görkezýändigini görmek bolýar. Lazer impulsynyň energiýasy 9,5 μJ-den az bolanda, fokus sebitindäki materialyň döwülme görkezijisi artýar we mikrografda gara sebit hökmünde görünýär.
Lazer impuls energiýasy 9,5 μJ-den geçende, fokus sebitindäki materialyň döwülme görkezijisi azalýar, mikrografda ak sebit hökmünde görünýär we ak sebitiň uzynlygy impuls energiýasynyň artmagy bilen artýar. Nusgany jylamak bilen, (b) suratda görkezilişi ýaly, skanerleýji elektron mikroskopynyň aşagynda 15,4 μJ impuls energiýasynda ak sebitiň morfologiki aýratynlyklaryny synladyk. Döwülme görkezijisi peselen sebitde diametri takmynan 200 nm bolan nanoporanyň emele gelýändigi barada netije çykarmak bolýar.
Ion şöhlesiniň aşyndyrylmagy we ýerinde skanerleýji elektron mikroskop gözegçilik ulgamlary arkaly biz nanoporanyň bardygyny has-da tassykladyk (s-nji surat). Şonuň üçin, lazer sebäpli döreýän kemçilikleriň döremegini azaltmak üçin, lazer bilen kebşirleme wagtynda ýeke impuls energiýasy 9,5 μJ-den geçmeli däl.
3. Bessel Ultrashort Impuls Lazerini ulanyp, erän kremniý aýnalarynyň arasynda ýokary hilli mikrokeşdirme gazanmak.
(a) suratda nusganyň kebşirleme ýüzüniň ýokarky görnüşindäki mikrografiýasy görkezilýär. Lazer kebşirleme çyzygynyň deň we tekizdigini görmek bolýar. Kebşirlenen ýerde birnäçe tötänleýin paýlanan mikrogözenek kemçilikleri bar bolsa-da, umuman, ol Gauss lazer kebşirleme çyzygyndan has gowy. Ölçegler kebşirleme çyzygynyň giňliginiň takmynan 18 μm, kebşirleme çyzyklarynyň arasyndaky aralygyň bolsa 40 μm bolandygyny görkezýär. (b) suratda nusganyň kebşirleme çyzygynyň gapdal görnüşindäki mikrografiýasy görkezilýär.
Lazer bilen işlenenden soň nusgalaryň arasyndaky boşlugyň doly ýitip gidýändigini we serhetiň golaýyndaky materialyň termal ereme-sowadyş prosesinden soň bir bitewi birlige birleşýändigini görmek bolýar. Ölçegler lazeriň täsiri bilen termal ereme sebitiniň çuňlugynyň 227 μm-e ýetýändigini görkezýär. Bu bolsa, bu parametrler bilen lazer bilen kebşirleme wagtynda fokus pozisiýasynyň ok boýunça çuňlugynyň 227 μm-e ýetip biljekdigini görkezýär, bu bolsa şol bir şertlerde Gauss lazer bilen kebşirlemeden dört esse köp.
4. Bessel linzalaryny nireden satyn alyp bolýar?
“Walvelength Opto-Electronic” lazer işläp bejeriş ulgamlarynda ulanylýan ýokary hilli Bessel linzalaryny hödürleýär. Giriş şöhlesiniň diametriniň ölçegini sazlamak arkaly çykyş şöhlesiniň fokus çuňlugynyň sazlanmagy bu Bessel şöhle optik ulgamynyň iň özüne çekiji aýratynlygydyr.
| Bölümiň belgisi | Tolkun uzynlygy (nm) | Iş aralygy (mm) | Maksimum Giriş Şöhle Diametri (mm) | Fokusyň dizaýn edilen çuňlugy (mm) | Umumy uzynlyk (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 |
Ýerleşdirilen wagty: 2024-nji ýylyň 10-njy oktýabry