01Vodič za papir
Prozirni materijali (kao što su staklo i safir) su nezamjenjivi u industriji i najnovijim{0}}istraživanjima zbog svojih odličnih fizičko-hemijskih svojstava. Međutim, njihova visoka tvrdoća i visoke karakteristike pojasnog razmaka učinile su mehaničku obradu stoljetnim izazovom-. Pojava femtosekundnih lasera donijela je revoluciju u internoj modifikaciji i obradi prozirnih materijala, ali problemi kao što su spora brzina obrade i osjetljivost na oštećenja od naprezanja uvijek su bila uska grla koja su ograničavala njihovu industrijsku primjenu (kao što je zahtjev od 1000 rupa u sekundi za proizvodnju stakla kroz{5}}rupu). Ovaj rad uvodi novu metodu za ultra-brzo bušenje prozirnih materijala postignuto prolaznom elektronskom pobudom, sa brzinom obrade koja je milion puta povećana u poređenju sa tradicionalnim tehnikama udarnog bušenja.
02Pregled punog teksta
Studija predlaže tehniku pod nazivom 'Bessel prolazna selektivna laserska apsorpcija'. Prvo, Gaussov-distribuirani pikosekundni laser se oblikuje u Besselov snop, koji može potaknuti formiranje dugih, uniformnih elektronskih ekscitacionih kanala, ili 'laserskih filamenata', s jednim upadom u prozirnim materijalima. Formiranje ovog kanala uzrokuje trenutnu promjenu optičkih svojstava materijala na skali od pikosekunde do nanosekunde, pretvarajući se iz izolatora u stanje slično polu-metalu, uz dramatično povećanje koeficijenta apsorpcije. Istovremeno, laserski filamenti efikasno i ujednačeno apsorbuju mikrosekundnu-dugu impulsnu lasersku energiju, trenutno zagrijavajući materijal unutar kanala do tačke isparavanja i uklanjanja. Ova metoda pametno izbjegava efekte zaštite od refleksije plazme koji se vide u tradicionalnoj laserskoj obradi visokog{7}}intenziteta. Konačno, za samo desetine mikrosekundi, u kvarcnom staklu debljine 1 mm, bez konusnosti ili mikropukotina, može se stvoriti otvor visokog{9}}kvaliteta-prečnika oko 3,1 mikrona i omjera{12}}prema{13}}prečnika do 322.
03Grafička analiza
Slika 1 (A) prikazuje dizajn optičke staze, gdje se impuls pikosekundnog lasera i impuls mikrosekundnog lasera oblikuju u Besselove zrake aksijalnom prizmom, a zatim se ko-aksijalno kombinuju kroz razdjelnik snopa i fokusiraju na uzorak prozirnog materijala. Slika 1 (B) otkriva fizički proces tokom obrade: Prvi korak, pikosekundni laser indukuje dugačak i ujednačen kanal pobuđivanja elektrona unutar materijala; Drugi korak, naredna mikrosekundna laserska energija se selektivno apsorbuje ovim kanalom, postižući trenutno i jednolično uklanjanje materijala, na kraju formirajući prolaznu-rupu sa visokim odnosom širine i visine.
Slika 2 intuitivno prikazuje osnovni fizički mehanizam kroz tehnologiju snimanja sonde sa pumpom{1}}. Besselov impuls sa širinom impulsa od 5 ps indukuje filamente unutar kvarcnog stakla, omogućavajući stabilno formiranje ujednačenog kanala pobuđivanja dužine preko 1 mm u roku od 10 ps. Što je još važnije, ovaj kanal, koji ima visok koeficijent apsorpcije, može stabilno postojati najmanje 1,8 ns, daleko duže od vremena relaksacije elektronske-rešetke, održavajući plazmu u visoko-energetskom stanju i obezbjeđujući dovoljne uslove za selektivnu apsorpciju narednih mikrosekundnih impulsa.
Slika 3 prikazuje morfologiju otvora mikro{1}}nivoa. U kvarcnom staklu debljine 1 mm, potrebno je samo 20 mikrosekundi da se obradi prolazna-rupa prečnika oko 3,1 µm, sa omjerom dubine-prema-promjera čak 322. Pogled sa strane pokazuje da je kanal ravan i bez sužavanja, sa glatkim zidovima rupa ili mikropukotinama koje pokazuju izuzetno visok kvalitet obrade bez ostataka. Podešavanjem širine impulsa mikrosekundnog lasera, promjer rupe se također može podesiti do određene mjere.
Slika 4 pokazuje univerzalnost i potencijal industrijske primjene ove tehnologije. Pored kvarcnog stakla, ova metoda je također uspješno primijenjena na različite uobičajeno korištene prozirne materijale kao što su borosilikatno staklo i natrijum -kapno staklo. Fiksiranjem lasera i upotrebom platforme velike{4}}brzine za kretanje, moguće je postići ultra-visoku efikasnost od 1000 rupa u sekundi, pouzdano proizvodeći hiljade uniformnih nizova rupa.
04 Sažetak
Istraživanje u ovom članku postiglo je inovaciju u području laserske obrade kroz tehnologiju tranzijentne elektronske pobude. Pametnim razdvajanjem dva fizička procesa 'elektronske ekscitacije' i 'uklanjanja materijala' i dodjeljivanjem im dva vremenski koordinirana laserska impulsa od pikosekunde i mikrosekunde, uspješno je prevladao fundamentalne probleme male brzine i malog korištenja energije u tradicionalnoj ultrabrzi laserskoj obradi, povećavajući efikasnost bušenja za milijun puta. Ova tehnologija ne samo da omogućava ultra-brzu, visok-kvalitet i visok omjer stranica kroz-proizvodnju rupa u prozirnim materijalima debljine milimetara-, već također pokazuje svoju univerzalnost u različitim materijalima i ogroman potencijal za proizvodnju velikih-razmjera. Očekuje se da će ovo otkriće imati dubok uticaj u oblastima kao što su poluprovodnička ambalaža, biomedicinska primena i najsavremenija naučna istraživanja-.
