01Увод
У протеклој деценији постигнут је значајан напредак у истраживању ултрабрзих пулсних ласера, побољшавајући њихову стабилност и флексибилност у процесу обраде. Иако квалитет обраде ултрабрзих пулсних ласера може задовољити потребе многих апликација, још увек постоји недостатак производне ефикасности за сценарије индустријске примене када се користе ултрабрзи пулсни (УСП) ласери за обраду. Постоје две методе за побољшање УСП обраде: 1) повећањем енергије импулса; 2) повећањем брзине понављања пулса. Ефикасност производње обраде материјала коришћењем УСП ласера требало би да се такмичи са другим технологијама, тако да су истраживачи уложили огромне напоре у управљање ласерском енергијом изван самог ласера. За контролу положаја, правца и облика ласерског зрака на радном комаду користе се различити механички и оптички системи.
02 Вибрирајуће огледало и полигон скенер
Најробусније и најпогодније брзо позиционирање ласерског зрака постиже се коришћењем галванометарског скенера, који нагиње два огледала готово без инерције у вертикалном правцу. Савремени галванометарски скенери са ф-тета сочивом од 160 мм жижне даљине могу да померају ласерски зрак брзином од 20 м/с унутар видног поља од 100 мм к 100 мм. При таквим брзинама, синхронизација ласерског импулса са кретањем ласерског зрака постаје изазовна. Полигонски скенери се широко користе за снимање слика и бар кодова, а још увек су нови у области обраде материјала. Они могу да померају ласерски зрак по површини радног предмета брзином од 100–1000 м/с. Синхронизација УСП ласерских импулса са високо стабилном ротацијом полигона је изазовнија. Комбиновањем полигонских скенера са једно{13}}осним галванометарским скенерима, развијен је брзи дводимензионални скенер (Слика 1). Расподела континуираних ласерских импулса по целој области ласерске обраде раздваја акумулацију топлоте и ефекте заштите од плазме.
03 Обликовање ласерског снопа
Већина ласера емитује зраке са Гаусовим профилом зрака. Интензитет је висок у центру снопа и нижи на ивицама. Ова просторна дистрибуција енергије није корисна за многе примене, посебно у обради танког филма. Технике обликовања ласерског снопа и хомогенизације могу оптимизовати облик за широк спектар примена ласерске обраде материјала. Дифракциони оптички елементи (ДОЕ) могу да конвертују кружни Гаусов сноп у правоугаони сноп-, где велики део пречника зрака задржава интензитет, чиме се обезбеђује облик ласерског зрака погодан за процес, као што је приказано на слици 2.
Флексибилна опција за обликовање ласерских зрака је употреба просторних модулатора светлости (СЛМ) заснованих на пикселизованим уређајима са електричним пребацивањем течних кристала. Компјутерски-генерисани холограми се преносе у контролну електронику СЛМ да би се поставиле маске фазе или амплитуде за ласерски зрак. СЛМ, у комбинацији са фемтосекундним ласерима, генерише вишеструке дифракцијске зраке за паралелну обраду, значајно повећавајући проток високо{3}}прецизне микроструктурирања силицијумских и титанијумских легура за више од десет пута.
Слика 2. Расподела интензитета ласерског зрака квадратног врха формираног коришћењем ФБС-а и сферног сочива (десно), мерена помоћу ЦЦД камере. Профил улазног снопа је приказан са леве стране. Просечна излазна снага ласера је 12 В.
04 Систем са више зрака
Коришћење УСП ласера велике снаге са великом стопом понављања импулса у опсегу МХз може довести до проблема са зонама топлотног удара, као што су прегревање и формирање талине, што може смањити квалитет аблације. Постизање високог квалитета аблације захтева пажљиво усклађивање свих параметара процеса, али велика брзина скретања снопа напредних галванометара или полигоналних скенера не пружа увек прецизна микро-решења за машинску обраду. У овом случају, вишеструки ласерски снопови нуде разноврсно решење за аблацију велике снаге, као што је приказано на слици 3, која илуструје резултате паралелне обраде коришћењем решетке креиране помоћу Дамманнове решетке за формирање дифракционих низова снопа 1×5 и 5×5.
Слика 3. (а) Када су Г1=0 и Г2=125, ласерски профилометар (Спирицон) је приметио низ 1 × 5 (лево) и 5 × 5 (десно). (б) Слепе рупе су обрађене на полираним узорцима Ти64 применом Дамманове решетке 1 × 5 (лево) и 5 × 5 (десно) (Г1=0, Г2=125).
05 Резиме
Ласери ултракратких импулса генеришу кохерентне светлосне импулсе са трајањем импулса у распону од пикосекунди до фемтосекунди, и постају све популарнији у прецизној ласерској микро- машинској обради. Они имају користи не само од добре предиктивне ласерске аблације која потискује зону{2}}захваћену топлотом, већ и од побољшане нелинеарне интеракције са материјалима, отварајући нове могућности обраде, посебно са транспарентним материјалима. Укратко, развој ултракратких пулсних ласера је ефикасно промовисао оптимизацију процеса аблације.
