د بیسل بیم ډیزاین طریقې

د انٹرفیس په دواړو خواوو کې د موادو په ورته وخت کې د ویلډ کولو او د لوړ ځواک مایکرو سیمې بانډ رامینځته کولو لپاره، د لیزر فوکل پوائنټ باید په سمه توګه په نمونې تمرکز وکړي، کوم چې د ویلډینګ سیسټم د پروسس کولو دقت باندې سختې غوښتنې وضع کوي. سربیره پردې، د تمرکز وروسته د ګاسیان بیم د لوی محوري شدت تدریجي له امله، د فوکل ساحې تودوخه غیر مساوي ده، چې دا د لیزر اغیزمن شوي سیمې کې د مایکرو او نانو باطل نیمګړتیاو رامینځته کولو ته لیواله کوي، کوم چې په پایله کې د نمونې ویلډینګ کیفیت اغیزه کوي.

د فضايي رڼا شکل ورکولو ټیکنالوژي د صفر ترتیب بیسل بیمونو تولید لپاره کارول کیدی شي ترڅو د لیزر فوکل ساحې شدت ویش غوره کړي. دا طریقه د محوري شدت تدریجي کموي او د فوکل اوږدوالی پراخوي، په دې توګه د لیزر لخوا رامینځته شوي د تودوخې اغیزې سیمې ژوروالی څخه تر عرض تناسب زیاتوي. په پایله کې، دا د لیزر ویلډینګ سیسټم د تمرکز دقت اړتیاوې کموي، د ویلډینګ کیفیت او موثریت دواړه ښه کوي.

۱. د غیر انحراف کونکي بیسل بیمونو تولید او پیرامیټر ډیزاین

په ۱۹۸۷ کال کې، ډورنین لومړی ځل د صفر ترتیب لرونکي بیسل بیم وړاندیز وکړ، کوم چې د بې ساري غیر انحرافي ملکیتونو ښودنه کوي: د تکثیر په جریان کې د هغې د ټرانسورس رڼا ساحې شدت ویش بدل نه پاتې کیږي، او د مرکزي ځای اندازه تل د انحراف حد ته نږدې وي. سربیره پردې، د بیسل بیمونه د تکثیر په جریان کې د ځان شفا ورکولو ملکیت هم ښیې. کله چې مرکزي ځای خنډ شي، شاوخوا رڼا به د مرکزي ځای "ترمیم" لپاره مرکز ته راټول شي. د صفر ترتیب لرونکي بیسل بیم د ټرانسورس رڼا ساحې ویش لپاره ریاضيکي اظهار دا دی:

په بیان کې:

• J0 د صفر ترتیب بیسل فعالیت استازیتوب کوي.
• r او φ په ترتیب سره د شعاعي او زاویوي همغږي عناصر دي.
• z د تکثیر فاصله ده.
• Kr او Kz په ترتیب سره د قاطع او طول البلد ویو ویکتور عناصر دي.

د صفر ترتیب لرونکي بیسل بیم مرکزي اصلي ځای د قوي محدودیت وړتیا لري، چې د TW/cm² یا لوړ ترتیب د شعاع کچې ته اجازه ورکوي، کوم چې کولی شي په مؤثره توګه په موادو کې غیر خطي جذب هڅوي. تر ټولو مهم، د صفر ترتیب لرونکي بیسل بیمونو غیر انحراف کونکي تکثیر ځانګړتیا د تمرکز لوی ژوروالی او یو کوچنی محوري شدت تدریجي چمتو کوي، پدې توګه د تودوخې نږدې یونیفورم ساحه رامینځته کوي او د ویلډینګ نیمګړتیاو رامینځته کیدو مخه نیسي.

لاندې انځور د ورته ټرانسورس کنفینمینټ وړتیا لاندې د بیسل بیمونو او ګاوسین بیمونو د فوکل اوږدوالي پرتله کول ښیې. د بیسل بیمونه د ټرانسورس مایکرون کچې فوکل ځای قطر ساتلو پرمهال د پام وړ فوکل ژوروالی لري.

د صفر ترتیب لرونکي بیسل بیمونو د تولید لپاره ډیری میتودونه شتون لري، او لاندې درې اصلي میتودونه عام دي:

د حلقوي اپرچر طریقه: د حلقوي اپرچر طریقه، لکه څنګه چې نوم یې وړاندیز کوي، د بیسل بیمونو د تولید لپاره د حلقوي سلیټ کارول شامل دي. دا د بیسل بیمونو د تولید لپاره لومړۍ بریالۍ طریقه هم وه. لاندې ډیاګرام د بیسل بیمونو د تولید لپاره د حلقوي اپرچر طریقه ښیې. د الوتکې څپې د کیڼ اړخ څخه د حلقوي سلیټ سره په عمودي ډول واقع کیږي او تفاوت رامینځته کیږي.

وروسته، یو مثبت لینز د فوریر ټرانسفارم ترسره کوي، چې په پایله کې د لینز شاته د بیسل بیم جوړیږي. د غیر انحرافي تکثیر فاصله Zmax د حلقوي سلیټ د قطر d او د لینز عددي اپرچر پورې اړه لري.

که څه هم دا طریقه کولی شي د صفر ترتیب بیسل بیمونه تولید کړي، د انرژۍ تبادلې موثریت خورا ټیټ دی، چې د لیزر پروسس کولو برخو کې یې پلي کول ستونزمن کوي.

د فضايي رڼا ماډولیټر طریقه: د صفر ترتیب لرونکي بیسل بیم د تولید پروسه په اصل کې د بیم د پړاو ویش بدلولو پروسه ده. له همدې امله، د صفر ترتیب لرونکي بیسل بیم هم د فضايي رڼا ماډولیټر په کارولو سره رامینځته کیدی شي. د فضايي رڼا ماډولیټر د آپټو الیکترونیکي ماډولیټر یو ډول دی چې د بریښنایی سیګنالونو له لارې د رڼا ساحې شدت او د پړاو ویش کنټرولوي. د صفر ترتیب لرونکي بیسل بیم د مخروطي لینز مرحله پلي کولو سره رامینځته کیدی شي، لکه څنګه چې په لاندې شکل کې ښودل شوي، د فضايي رڼا ماډولیټر کاري پینل ته.

د اکسیکون طریقه: اکسیکون د بیسل بیمونو د تولید لپاره یو له خورا عام کارول شوي غیر فعال شیشې پر بنسټ توپیر کونکي عناصرو څخه دی. کله چې د ګاوسین بیم په نورمال ډول پیښیږي او د اکسیکون څخه تیریږي، د هغې د مرحلې ویش تعدیل کیږي، دا د انرژۍ له ضایع کیدو پرته په صفر ترتیب بیسل بیم بدلوي، لکه څنګه چې په لاندې شکل کې ښودل شوي.

د شیشې اکسیکونونو د ټیټ لګښت، د کارولو اسانتیا، او د لیزر د زیان لوړ حد له امله، او همدارنګه د دوی د استثنایی لوړ انرژي کارولو موثریت له امله، اکسیکونونه د لیزر پروسس کولو په برخه کې د الټرا لنډ نبض بیسل بیمونو تولید لپاره لومړنی انتخاب دی. لاندې انځور د صفر ترتیب بیسل بیم د بیم تنګولو او لیږد سکیماتیک ښیې. د 4f امیجنگ سیسټم د لویولو او سمت تنظیم کولو سره، د بیسل بیم د تکثیر په لور کې د غیر متفاوت تکثیر فاصله، نیم مخروط زاویه، او د ټیلټ زاویه په اسانۍ سره کنټرول کیدی شي.

کله چې د صفر ترتیب لرونکي بیسل بیم د Ɵ1 نیم مخروطي زاویې سره او د Zmax د انحراف څخه پاک خپریدو واټن سره د 4f سیسټم څخه تیریږي چې د لینز (L1) او یو مقصدي لینز (L2) څخه جوړ شوی، جیومیټریک ابعاد به نور هم فشار شي. د اړخ میګنیفیکیشن تقریبا M=f1/f2=5 دی، او طول البلد میګنیفیکیشن تقریبا M2=25 دی. په دې توګه، د نمونې دننه د صفر ترتیب لرونکي بیسل بیم وروستۍ امیجنگ د جیومیټریک پیرامیټرو لخوا ښودل کیدی شي:

د بیسل بیم جیومیټریک پیرامیټرونه د کوارټز شیشې نمونې دننه د مختلفو مخروطي زاویو او د بیم کمپریشن میګنیفیکیشن لاندې انځور شوي.

د بیسل بیم د فوکس ساحې شدت ویش

• r او z: په ترتیب سره د وړانګیزو او محوري همغږۍ اجزا.
• λ: د لیزر مرکزي طول موج.
• w: د پیښې د ګاوسین بیم 1/e² شعاع.
• P0: د الټرا شارټ نبض لیزر لوړ ځواک.
• β1: د بیم له کمپریشن وروسته د بیسل بیم نیم مخروطي زاویه.
• k: د څپو ویکتور.
• J0: د صفر ترتیب بیسل فعالیت.

د کوارټز شیشې دننه د صفر ترتیب لرونکي بیسل بیم شدت ویش: په کیڼ اړخ کې د تکثیر لوري او د کراس سیکشنل لید سره د نظري بریښنا کثافت ویش دی، او په ښي اړخ کې د محور او کراس سیکشنل لید سره د نظري بریښنا کثافت ویش دی.

۲. په فیوز شوي سیلیکا شیشې کې د فیمټوسیکنډ نبض بیسل بیم ځانګړتیاوې

شکل (الف) د فیمټوسیکنډ نبض بیسل بیمونو او فیوز شوي سیلیکا شیشې ترمنځ د تعامل مایکروګرافونه په مختلفو نبض انرژیو کې ښیې. د لیزر نبض پلنوالی په 220 fs کې ټاکل شوی، او د نمونې دننه د بیسل بیم نیم مخروط زاویه 12.4° ده. دا لیدل کیدی شي چې د لیزر اغیزمنه سیمه یو عادي یو اړخیز خطي جوړښت ښیې. کله چې د لیزر نبض انرژي له 9.5 μJ څخه کمه وي، په مرکزي سیمه کې د موادو انعکاسي شاخص زیاتیږي، چې په مایکروګراف کې د تورې سیمې په توګه ښکاري.

کله چې د لیزر نبض انرژي له 9.5 μJ څخه زیاته شي، په مرکزي سیمه کې د موادو انعکاسي شاخص کمیږي، چې په مایکروګراف کې د سپینې سیمې په توګه ښکاري، او د سپینې سیمې اوږدوالی د نبض انرژۍ د زیاتوالي سره زیاتیږي. د نمونې پالش کولو سره، موږ د سپینې سیمې مورفولوژیکي ځانګړتیاوې د سکین کولو الکترون مایکروسکوپ لاندې د 15.4 μJ د نبض انرژۍ کې ولیدلې، لکه څنګه چې په شکل (b) کې ښودل شوي. دا پایله کیدی شي چې د نږدې 200 nm قطر سره یو نانوپور په سیمه کې د کم شوي انعکاسي شاخص سره جوړیږي.

د ایون بیم ایچنګ او د ان سیټو سکیننګ الکترون مایکروسکوپ مشاهدې سیسټمونو له لارې، موږ د نانو پور شتون نور هم تایید کړ (شکل ج). له همدې امله، د لیزر لخوا رامینځته شوي نیمګړتیاو د تولید کمولو لپاره، د لیزر ویلډینګ په جریان کې د واحد نبض انرژي باید له 9.5 μJ څخه زیاته نشي.

۳. د بیسل الټرا شارټ پلس لیزر په کارولو سره د فیوز شوي سیلیکا شیشې ترمنځ د لوړ کیفیت مایکرو ویلډینګ ترلاسه کول.

شکل (الف) د نمونې د ویلډینګ سطحې د پورته لید مایکروګراف ښیي. دا لیدل کیدی شي چې د لیزر ویلډ لاین یونیفورم او نرم دی. که څه هم په ویلډینګ ساحه کې لاهم یو څو تصادفي ویشل شوي مایکروپور نیمګړتیاوې شتون لري، په ټولیز ډول، دا د ګاوسین لیزر ویلډ لاین څخه د پام وړ غوره دی. اندازه کول ښیې چې د ویلډ لاین پلنوالی نږدې 18 μm دی، او د ویلډ لاینونو ترمنځ فاصله 40 μm ده. شکل (ب) د نمونې د ویلډ لاین د اړخ لید مایکروګراف ښیې.

دا لیدل کیدی شي چې د نمونو ترمنځ واټن د لیزر پروسس کولو وروسته په بشپړه توګه له منځه ځي، او د انٹرفیس ته نږدې مواد د تودوخې خټکي-یخولو پروسې څخه وروسته په یوه واحد وجود کې یوځای شوي دي. اندازه کول ښیي چې د لیزر لخوا هڅول شوي حرارتي خټکي سیمې ژوروالی تر 227 μm پورې رسیږي. دا په ګوته کوي چې د دې پیرامیټرو سره د لیزر ویلډینګ په جریان کې، د فوکل موقعیت محوري ژوروالی تر 227 μm پورې رسیدلی شي، کوم چې د ورته شرایطو لاندې د ګاوسین لیزر ویلډینګ څخه څلور ځله دی.

۴. د بیسل لینزونه چیرته واخلئ؟

د ویولنتھ آپټو الیکترونیک لوړ کیفیت لرونکي بیسل لینزونه وړاندې کوي چې د لیزر پروسس کولو غوښتنلیکونو کې کارول کیږي. د ان پټ بیم قطر د اندازې تنظیم کولو سره د آوټ پټ بیم د تمرکز ژوروالي تنظیم کول د دې بیسل بیم آپټیکل سیسټم ترټولو زړه راښکونکې ځانګړتیا ده.