01 Vodnik za papir
Prozorni materiali (kot sta steklo in safir) so zaradi svojih odličnih fizikalno-kemijskih lastnosti nepogrešljivi v industriji in vrhunskih-raziskavah. Vendar pa je zaradi njihove visoke trdote in velike pasovne vrzeli mehanska obdelava postala stoletje{2}}star izziv. Pojav femtosekundnih laserjev je prinesel revolucijo v notranji modifikaciji in obdelavi prozornih materialov, vendar so težave, kot sta počasna hitrost obdelave in dovzetnost za poškodbe zaradi napetosti, vedno predstavljale ozka grla, ki so omejevala njihovo industrijsko uporabo (kot je zahteva po 1000 luknjah na sekundo za proizvodnjo stekla skozi -luknje). Ta članek predstavlja novo metodo za ultra{7}}hitro vrtanje prozornih materialov, doseženo s prehodnim elektronskim vzbujanjem, s hitrostjo obdelave, povečano za milijonkrat v primerjavi s tradicionalnimi tehnikami udarnega vrtanja.
02 Pregled celotnega besedila
Študija predlaga tehniko, imenovano "Besselova prehodna selektivna laserska absorpcija". Najprej se Gaussov-razdeljeni pikosekundni laser oblikuje v Besselov žarek, ki lahko z enim samim vpadom v prosojne materiale spodbudi tvorbo dolgih, enakomernih kanalov za vzbujanje elektronov ali 'laserskih filamentov'. Nastanek tega kanala povzroči takojšnjo spremembo optičnih lastnosti materiala na lestvici od pikosekunde do nanosekunde, preoblikovanje iz izolatorja v stanje, podobno stanju pol-kovine, z dramatičnim povečanjem absorpcijskega koeficienta. Hkrati laserski filamenti učinkovito in enakomerno absorbirajo mikrosekundno-dolgo impulzno energijo laserja, pri čemer takoj segrejejo material znotraj kanala do točke izhlapevanja in odstranitve. Ta metoda se pametno izogne učinkom zaščite od refleksije plazme, ki so vidni pri tradicionalni laserski obdelavi z visoko-intenzivnostjo. Končno je v samo desetinah mikrosekund mogoče ustvariti visoko{9}}kakovostno-luknjo s premerom približno 3,1 mikrona in razmerjem med globino-in-premerom do 322 v 1 mm debelem kremenčevem steklu, brez koničnosti ali mikro-razpok.
03 Grafična analiza
Slika 1 (A) prikazuje zasnovo optične poti, kjer se impulz pikosekundnega laserja in impulz mikrosekundnega laserja oblikuje v Besselove žarke z aksialno prizmom, nato pa se ko-osno združi skozi cepilnik žarka in usmeri na vzorec prozornega materiala. Slika 1 (B) razkriva fizični proces med strojno obdelavo: prvi korak, pikosekundni laser inducira dolg in enoten kanal za vzbujanje elektronov znotraj materiala; Drugi korak: ta kanal selektivno absorbira kasnejšo mikrosekundno lasersko energijo, s čimer se doseže takojšnja in enakomerna odstranitev materiala, na koncu pa se oblikuje skoznja-luknja z visokim razmerjem stranic.
Slika 2 intuitivno prikazuje osnovni fizični mehanizem s tehnologijo slikanja s-sondo črpalke. Besselov impulz s širino impulza 5 ps inducira filamente v kremenčevem steklu, kar omogoča stabilno tvorbo enakomernega vzbujalnega kanala dolžine več kot 1 mm v 10 ps. Še pomembneje je, da lahko ta kanal, ki ima visok absorpcijski koeficient, stabilno obstaja vsaj 1,8 ns, veliko dlje od relaksacijskega časa elektronske -mreže, s čimer ohranja plazmo v visoko-energijskem stanju in zagotavlja zadostne pogoje za selektivno absorpcijo poznejših mikrosekundnih impulzov.
Slika 3 prikazuje morfologijo lukenj na mikro-ravni. V 1 mm debelem kremenčevem steklu potrebuje le 20 mikrosekund za obdelavo skoznje-luknje s premerom približno 3,1 µm, z razmerjem med globino-in-premerom kar 322. Stranski pogled kaže, da je kanal raven in brez zožitve, z gladkimi stenami lukenj brez ostankov ali mikrorazpok, kar dokazuje izjemno visoko kakovost obdelave. S prilagajanjem širine impulza mikrosekundnega laserja je mogoče do določene mere prilagoditi tudi premer luknje.
Slika 4 prikazuje univerzalnost in potencial industrijske uporabe te tehnologije. Poleg kremenčevega stekla je bila ta metoda uspešno uporabljena tudi za različne pogosto uporabljene prozorne materiale, kot sta borosilikatno steklo in natrijevo-apneno steklo. S pritrjevanjem laserja in uporabo-hitro premikajoče se platforme je mogoče doseči ultra-visoko učinkovitost 1000 lukenj na sekundo, kar zanesljivo proizvede na tisoče enakomernih-nizov lukenj.
04 Povzetek
Raziskava v tem članku je dosegla inovacijo na področju laserske obdelave s tehnologijo prehodnega elektronskega vzbujanja. S pametnim ločevanjem dveh fizikalnih procesov 'elektronskega vzbujanja' in 'odstranjevanja materiala' in ju dodelitvijo dvema časovno usklajenima laserskima impulzoma pikosekund in mikrosekund, je uspešno premagal temeljne težave počasne hitrosti in nizke porabe energije pri tradicionalni ultrahitri laserski obdelavi, s čimer je povečal učinkovitost vrtanja za milijonkrat. Ta tehnologija ne omogoča samo ultra-hitre,-kakovostne in visokega razmerja stranic skozi-izdelavo lukenj v milimetrsko-prosojnih materialih, ampak tudi dokazuje svojo univerzalnost v različnih materialih in ogromen potencial za{-velikoserijsko proizvodnjo. Pričakuje se, da bo ta preboj močno vplival na področja, kot so polprevodniška embalaža, biomedicinske aplikacije in vrhunske-znanstvene raziskave.
