01Водич за папир
Провидни материјали (као што су стакло и сафир) су незаменљиви у индустрији и најсавременијим{0}}истраживањима због својих одличних физичко-хемијских својстава. Међутим, њихова висока тврдоћа и високе карактеристике појасног размака су учиниле механичку обраду вековима старим изазовом. Појава фемтосекундних ласера донела је револуцију у интерној модификацији и обради провидних материјала, али питања као што су спора брзина обраде и подложност оштећењима од напрезања увек су била уска грла која су ограничавала њихову индустријску примену (као што је захтев од 1000 рупа у секунди за производњу стакла кроз{5}}отвор). Овај рад представља нови метод за ултра-брзо бушење провидних материјала који се постиже пролазном електронском побудом, са брзином обраде која је милион пута повећана у поређењу са традиционалним техникама ударног бушења.
02Преглед пуног текста
Студија предлаже технику под називом 'Бессел пролазна селективна ласерска апсорпција'. Прво, Гаусов-распрострањени пикосекундни ласер се обликује у Беселов сноп, који може да побуди формирање дугих, уједначених канала за побуђивање електрона, или 'ласерских филамената', са једним упадом у провидним материјалима. Формирање овог канала изазива тренутну промену оптичких својстава материјала на скали од пикосекунде до наносекунде, претварајући се из изолатора у стање слично полу-металу, уз драматично повећање коефицијента апсорпције. У исто време, ласерски филаменти ефикасно и равномерно апсорбују микросекундну-дугу импулсну ласерску енергију, тренутно загревајући материјал унутар канала до тачке испаравања и уклањања. Овај метод паметно избегава ефекте заштите од рефлексије плазме који се виде у традиционалној ласерској обради високог{7}}интензитета. Коначно, за само десетине микросекунди, у кварцном стаклу дебљине 1 мм може да се направи отвор високог{9}}квалитета-пречника око 3,1 микрона и дубином{12}}пречника-односа до 322, без конусности или микропукотина.{16}
03Графичка анализа
Слика 1 (А) приказује дизајн оптичке путање, где се импулс пикосекундног ласера и импулс микросекундног ласера обликују у Беселове зраке помоћу аксијалне призме, а затим се ко{1}}аксијално комбинују кроз разделник снопа и фокусирају на узорак провидног материјала. Слика 1 (Б) открива физички процес током обраде: Први корак, пикосекундни ласер индукује дугачак и уједначен канал за побуђивање електрона унутар материјала; Други корак, наредна микросекундна ласерска енергија се селективно апсорбује овим каналом, постижући тренутно и равномерно уклањање материјала, на крају формирајући пролазну-рупу са високим односом ширине и висине.
Слика 2 интуитивно демонстрира основни физички механизам кроз технологију снимања сонде са пумпом{1}}. Беселов импулс са ширином импулса од 5 пс индукује филаменте унутар кварцног стакла, омогућавајући стабилно формирање уједначеног ексцитационог канала дужине преко 1 мм у року од 10 пс. Што је још важније, овај канал, који има висок коефицијент апсорпције, може стабилно да постоји најмање 1,8 нс, далеко дуже од времена релаксације електронске-решетке, одржавајући плазму у високо-енергетском стању и обезбеђујући довољне услове за селективну апсорпцију наредних микросекундних импулса.
Слика 3 приказује морфологију отвора на микро{1}}ивој разини. У кварцном стаклу дебљине 1 мм, потребно је само 20 микросекунди да се обради пролазна-рупа пречника око 3,1 µм, са односом дубине-према-пречника чак 322. Поглед са стране показује да је канал раван и без сужења, са глатким зидовима рупа или микропукотинама које показују изузетно висок квалитет обраде без остатака. Подешавањем ширине импулса микросекундног ласера, пречник рупе се такође може подесити до одређене мере.
Слика 4 показује универзалност и потенцијал индустријске примене ове технологије. Поред кварцног стакла, ова метода је такође успешно примењена на различите уобичајено коришћене провидне материјале као што су боросиликатно стакло и натријум -кречно стакло. Фиксирањем ласера и коришћењем-платформе велике брзине за кретање, могуће је постићи ултра-високу ефикасност од 1000 рупа у секунди, поуздано производећи хиљаде уједначених низова-рупа.
04 Резиме
Истраживање у овом чланку постигло је иновацију у области ласерске обраде кроз технологију транзијентне електронске побуде. Паметним раздвајањем два физичка процеса 'електронске ексцитације' и 'уклањања материјала' и додељивањем два временски координисана ласерска импулса од пикосекунди и микросекунди, успешно је превазишао фундаменталне проблеме мале брзине и малог коришћења енергије у традиционалној ултрабрзи ласерској обради, повећавајући ефикасност бушења за милион пута. Ова технологија не само да омогућава ултра-брз, висок-квалитет и висок однос страница кроз-производњу рупа у провидним материјалима дебљине милиметара-, већ и демонстрира своју универзалност за различите материјале и огроман потенцијал за-производњу великих размера. Очекује се да ће овај напредак имати дубок утицај у областима као што су паковање полупроводника, биомедицинске примене и најсавременија научна истраживања-.
