01 Οδηγός χαρτιού
Τα διαφανή υλικά (όπως το γυαλί και το ζαφείρι) είναι απαραίτητα στη βιομηχανία και στην έρευνα αιχμής-λόγω των εξαιρετικών φυσικοχημικών ιδιοτήτων τους. Ωστόσο, η υψηλή σκληρότητά τους και τα χαρακτηριστικά του υψηλού bandgap έχουν κάνει τη μηχανική επεξεργασία πρόκληση ενός αιώνα-. Η έλευση των λέιζερ femtosecond έφερε επανάσταση στην εσωτερική τροποποίηση και επεξεργασία διαφανών υλικών, αλλά ζητήματα όπως η αργή ταχύτητα επεξεργασίας και η ευαισθησία σε ζημιές από το στρες ήταν πάντα σημεία συμφόρησης που περιόριζαν τις βιομηχανικές τους εφαρμογές (όπως η απαίτηση 1000 οπών ανά δευτερόλεπτο για την κατασκευή γυαλιού μέσω{5}}τρύπας). Αυτό το έγγραφο εισάγει μια νέα μέθοδο για εξαιρετικά-γερή διάτρηση διαφανών υλικών που επιτυγχάνεται μέσω παροδικής ηλεκτρονικής διέγερσης, με ταχύτητες επεξεργασίας που ενισχύονται κατά ένα εκατομμύριο φορές σε σύγκριση με τις παραδοσιακές τεχνικές κρουστικής διάτρησης.
02 Επισκόπηση του πλήρους κειμένου
Η μελέτη προτείνει μια τεχνική που ονομάζεται «παροδική επιλεκτική απορρόφηση λέιζερ Bessel». Πρώτον, ένα Gaussian-κατανεμημένο λέιζερ picosecond διαμορφώνεται σε μια δέσμη Bessel, η οποία μπορεί να διεγείρει το σχηματισμό μακρών, ομοιόμορφων καναλιών διέγερσης ηλεκτρονίων ή «νημάτων λέιζερ», με μία μόνο πρόσπτωση σε διαφανή υλικά. Ο σχηματισμός αυτού του καναλιού προκαλεί μια στιγμιαία αλλαγή στις οπτικές ιδιότητες του υλικού σε κλίμακα picosecond σε νανοδευτερόλεπτο, μετατρέποντας από μονωτή σε κατάσταση παρόμοια με αυτή ενός ημι{3}}μετάλλου, με δραματική αύξηση του συντελεστή απορρόφησης. Ταυτόχρονα, τα νήματα λέιζερ απορροφούν αποτελεσματικά και ομοιόμορφα παλμική ενέργεια λέιζερ μικροδευτερόλεπτων-, θερμαίνοντας αμέσως το υλικό εντός του καναλιού μέχρι το σημείο εξάτμισης και απομάκρυνσης. Αυτή η μέθοδος αποφεύγει έξυπνα τα φαινόμενα θωράκισης ανάκλασης πλάσματος που παρατηρούνται στην παραδοσιακή επεξεργασία λέιζερ υψηλής-έντασης. Τελικά, σε μόλις δεκάδες μικροδευτερόλεπτα, μπορεί να δημιουργηθεί μια-διαμπερής οπή-υψηλής ποιότητας με διάμετρο περίπου 3,1 μικρά και αναλογία βάθους προς-διαμέτρου έως 322 σε γυαλί χαλαζία πάχους 1 mm, χωρίς καμία κωνικότητα6}}}}{1.
03 Γραφική ανάλυση
Το σχήμα 1 (Α) δείχνει τη σχεδίαση της οπτικής διαδρομής, όπου ένας παλμός λέιζερ picosecond και ένας παλμός λέιζερ μικροδευτερόλεπτου διαμορφώνονται σε δέσμες Bessel αντίστοιχα από ένα αξονικό πρίσμα, στη συνέχεια συνδυάζονται ομοαξονικά μέσω ενός διαχωριστή δέσμης και εστιάζονται σε ένα διαφανές δείγμα υλικού. Το Σχήμα 1 (Β) αποκαλύπτει τη φυσική διαδικασία κατά τη διάρκεια της κατεργασίας: Βήμα πρώτο, το λέιζερ picosecond προκαλεί ένα μακρύ και ομοιόμορφο κανάλι διέγερσης ηλεκτρονίων μέσα στο υλικό. Βήμα δεύτερο, η επακόλουθη ενέργεια λέιζερ μικροδευτερόλεπτου απορροφάται επιλεκτικά από αυτό το κανάλι, επιτυγχάνοντας στιγμιαία και ομοιόμορφη αφαίρεση του υλικού, σχηματίζοντας τελικά μια διαμπερή-οπή με υψηλό λόγο διαστάσεων.
Το Σχήμα 2 δείχνει διαισθητικά τον βασικό φυσικό μηχανισμό μέσω της τεχνολογίας απεικόνισης ανιχνευτή αντλίας-. Ένας παλμός Bessel με πλάτος παλμού 5 ps προκαλεί νήματα μέσα στο γυαλί χαλαζία, επιτρέποντας τον σταθερό σχηματισμό ενός ομοιόμορφου καναλιού διέγερσης μήκους άνω του 1 mm εντός 10 ps. Το πιο σημαντικό, αυτό το κανάλι, το οποίο έχει υψηλό συντελεστή απορρόφησης, μπορεί να υπάρχει σταθερά για τουλάχιστον 1,8 ns, πολύ περισσότερο από το χρόνο χαλάρωσης του πλέγματος ηλεκτρονίων, διατηρώντας το πλάσμα σε υψηλή{{9}ενεργειακή κατάσταση και παρέχοντας επαρκείς συνθήκες για την επιλεκτική απορρόφηση των επόμενων παλμών μικροδευτερόλεπτου.
Το σχήμα 3 δείχνει τη μορφολογία της οπής μικρο-επιπέδου. Σε γυαλί χαλαζία πάχους 1 mm, χρειάζονται μόνο 20 μικροδευτερόλεπτα για την επεξεργασία μιας διαμπερούς οπής με διάμετρο περίπου 3,1 μm, με αναλογία βάθους προς-διαμέτρου έως και 322. Η πλάγια όψη δείχνει ότι το κανάλι είναι ίσιο και χωρίς κωνικότητα, με λείους τοίχους οπών ή μικρορωγμές εξαιρετικά υψηλής ποιότητας. Ρυθμίζοντας το πλάτος παλμού του λέιζερ μικροδευτερολέπτων, η διάμετρος της οπής μπορεί επίσης να ρυθμιστεί σε κάποιο βαθμό.
Το Σχήμα 4 δείχνει την καθολικότητα και τις δυνατότητες βιομηχανικής εφαρμογής αυτής της τεχνολογίας. Εκτός από το γυαλί χαλαζία, αυτή η μέθοδος έχει επίσης εφαρμοστεί με επιτυχία σε διάφορα διαφανή υλικά που χρησιμοποιούνται συνήθως, όπως το βοριοπυριτικό γυαλί και το σοδα-γυαλί ασβέστη. Με τη στερέωση του λέιζερ και τη χρήση μιας-πλατφόρμας κινούμενης υψηλής ταχύτητας, είναι δυνατό να επιτευχθεί εξαιρετικά-υψηλή απόδοση 1.000 οπών ανά δευτερόλεπτο, παράγοντας αξιόπιστα χιλιάδες ομοιόμορφες συστοιχίες-οπών.
04 Περίληψη
Η έρευνα σε αυτό το άρθρο έχει επιτύχει μια καινοτομία στον τομέα της επεξεργασίας λέιζερ μέσω τεχνολογίας παροδικής ηλεκτρονικής διέγερσης. Διαχωρίζοντας έξυπνα τις δύο φυσικές διαδικασίες «διέγερσης ηλεκτρονίων» και «απομάκρυνσης υλικού» και αναθέτοντάς τους σε δύο χρονικά συντονισμένους παλμούς λέιζερ picoseconds και microseconds, ξεπέρασε με επιτυχία τα θεμελιώδη προβλήματα της αργής ταχύτητας και της χαμηλής χρήσης ενέργειας στην παραδοσιακή υπερταχεία επεξεργασία λέιζερ, ενισχύοντας την απόδοση διάτρησης κατά ένα εκατομμύριο φορές. Αυτή η τεχνολογία όχι μόνο επιτρέπει την εξαιρετικά-ταχεία, υψηλή-ποιότητα και υψηλή αναλογία διαστάσεων μέσω-κατασκευής οπών σε χιλ. Αυτή η ανακάλυψη αναμένεται να έχει βαθύ αντίκτυπο σε τομείς όπως η συσκευασία ημιαγωγών, οι βιοϊατρικές εφαρμογές και η επιστημονική έρευνα αιχμής-.
