Kanggo nglelehke bahan ing loro-lorone antarmuka kanthi bebarengan lan mbentuk ikatan wilayah mikro kanthi kekuatan dhuwur, titik fokus laser kudu difokusake kanthi tepat ing sampel, sing mbutuhake tuntutan sing ketat kanggo akurasi pangolahan sistem pengelasan. Kajaba iku, amarga gradien intensitas aksial sing gedhe saka sinar Gaussian sawise fokus, suhu medan fokus ora rata, saengga rentan mbentuk cacat mikro lan nano-void ing wilayah sing kena pengaruh laser, sing banjur mengaruhi kualitas pengelasan sampel.
Teknologi mbentuk cahya spasial bisa digunakake kanggo ngasilake sinar Bessel orde nol kanggo ngoptimalake distribusi intensitas medan fokus laser. Pendekatan iki nyuda gradien intensitas aksial lan ngluwihi dawa fokus, saengga nambah rasio ambane-kanggo-jembar wilayah efek termal sing dibentuk dening laser. Akibate, iki nyuda syarat akurasi fokus sistem pengelasan laser, ningkatake kualitas lan efisiensi pengelasan.
1. Desain Generasi lan Parameter Balok Bessel Non-Difraksi
Ing taun 1987, Durnin pisanan ngusulake sinar Bessel orde nol, sing nuduhake sifat non-difraksi sing unik: distribusi intensitas medan cahya transversal tetep ora owah sajrone propagasi, lan ukuran titik tengah tansah cedhak karo wates difraksi. Kajaba iku, sinar Bessel uga nuduhake sifat penyembuhan dhewe sajrone propagasi. Nalika titik tengah terhalang, cahya ing sakubenge bakal konvergen menyang tengah kanggo "ndandani" titik tengah. Ekspresi matematika kanggo distribusi medan cahya transversal saka sinar Bessel orde nol yaiku:
Ing ungkapan:
- J0 makili fungsi Bessel orde nol.
- r lan φ minangka unsur koordinat radial lan sudut.
- z iku jarak panyebaran.
- Kr lan Kz minangka unsur vektor gelombang transversal lan longitudinal.
Titik utama tengah saka balok Bessel orde nol nduweni kemampuan kurungan sing kuwat, sing ngidini tingkat iradiasi orde TW/cm² utawa luwih dhuwur, sing bisa kanthi efektif ngrangsang penyerapan nonlinier ing bahan. Sing luwih penting, karakteristik rambatan non-difraksi saka balok Bessel orde nol nyedhiyakake jerone fokus sing luwih gedhe lan gradien intensitas aksial sing luwih cilik, saengga nggawe medan suhu sing meh seragam lan nyegah pembentukan cacat pengelasan.
Gambar ing ngisor iki nuduhake perbandingan dawa fokus sinar Bessel lan sinar Gaussian ing sangisore kemampuan kurungan transversal sing padha. Sinar Bessel nduweni jerone fokus sing cukup gedhe nalika njaga diameter titik fokus tingkat mikron transversal.
Ana sawetara cara kanggo ngasilake balok Bessel orde nol, lan telung cara utama ing ngisor iki umum:
Metode Apertur Anular: Metode apertur anular, kaya jenenge, nglibatake panggunaan celah anular kanggo ngasilake sinar Bessel. Iki uga minangka metode pertama sing sukses kanggo ngasilake sinar Bessel. Diagram ing ngisor iki nggambarake metode apertur anular kanggo ngasilake sinar Bessel. Gelombang bidang mlebu kanthi tegak lurus ing celah anular saka kiwa lan difraksi kedadeyan.
Sawisé kuwi, lensa positif nglakokaké transformasi Fourier, sing ngasilaké pembentukan sinar Bessel ing mburi lensa. Jarak rambatan non-difraksi Zmax ana gandhèngané karo diameter d saka celah annular lan aperture numerik lensa.
Senajan metode iki bisa ngasilake sinar Bessel orde nol, efisiensi konversi energine sithik banget, saengga angel diterapake ing lapangan pangolahan laser.
Metode Modulator Cahya Spasial: Proses generasi sinar Bessel orde nol iku sejatine proses ngowahi distribusi fase sinar kasebut. Mulane, sinar Bessel orde nol uga bisa digawe nggunakake modulator cahya spasial. Modulator cahya spasial minangka jinis piranti modulasi optoelektronik sing ngontrol intensitas medan cahya lan distribusi fase liwat sinyal listrik. Sinar Bessel orde nol bisa digawe kanthi ngetrapake fase lensa kerucut, kaya sing dituduhake ing gambar ing ngisor iki, menyang panel kerja modulator cahya spasial.
Metode aksikon: Aksikon minangka salah sawijining unsur difraktif berbasis kaca pasif sing paling umum digunakake kanggo ngasilake sinar Bessel. Nalika sinar Gaussian biasane mlebu lan ngliwati aksikon, distribusi fase kasebut dimodulasi, ngowahi dadi sinar Bessel orde nol tanpa ana kerugian energi, kaya sing dituduhake ing gambar ing ngisor iki.
Amarga biaya sing murah, gampang digunakake, lan ambang kerusakan laser sing dhuwur saka aksikon kaca, uga efisiensi pemanfaatan energi sing dhuwur banget, aksikon minangka pilihan utama kanggo ngasilake sinar Bessel pulsa ultrashort ing bidang pangolahan laser. Gambar ing ngisor iki nuduhake skema penyempitan sinar lan transmisi sinar Bessel orde nol. Kanthi nyetel pembesaran lan orientasi sistem pencitraan 4f, jarak propagasi non-difraktif, sudut setengah kerucut, lan sudut kemiringan ing arah propagasi sinar Bessel bisa dikontrol kanthi gampang.
Nalika sinar Bessel orde nol kanthi sudut setengah kerucut Ɵ1 lan jarak rambat bebas difraksi Zmax ngliwati sistem 4f sing kasusun saka lensa (L1) lan lensa objektif (L2), dimensi geometris bakal luwih dikompres. Pembesaran lateral kira-kira M=f1/f2=5, lan pembesaran longitudinal kira-kira M2=25. Dadi, pencitraan pungkasan saka sinar Bessel orde nol ing njero sampel bisa diwakili dening parameter geometris:
Parameter geometris saka sinar Bessel sing dicitrakake ing njero sampel kaca kuarsa ing sangisore sudut kerucut lan pembesaran kompresi sinar sing beda-beda.
| sudut puncak aksial α (°) | Radius sinar input d(mm) | (um) | M=f1/f2 | Ɵ2 (°) | Zmax2 | |
| 0.5 | 3.8 | 1.03 | 20 | 3.1 | 3504 | 10.04 |
| 0.5 | 3.8 | 1.03 | 30 | 4.7 | 1555 | 6.7 |
| 0.5 | 3.8 | 1.03 | 40 | 6.2 | 873 | 5.02 |
| 0.5 | 3.8 | 1.03 | 50 | 7.8 | 558 | 4.02 |
| 1 | 3.8 | 1.03 | 20 | 6.2 | 1747 | 5.02 |
| 1 | 3.8 | 1.03 | 30 | 9.3 | 772 | 3.36 |
| 1 | 3.8 | 1.03 | 40 | 12.4 | 432 | 2.52 |
| 1 | 3.8 | 1.03 | 50 | 15.5 | 274 | 2.04 |
| 2.5 | 3.8 | 1.03 | 20 | 15.5 | 684 | 2.04 |
| 2.5 | 3.8 | 1.03 | 30 | 23.3 | 294 | 1.38 |
| 2.5 | 3.8 | 1.03 | 40 | 38.83 | 94.4 | 0.86 |
Distribusi intensitas medan fokus saka sinar Bessel
- r lan z: Komponen koordinat radial lan aksial, miturut urutan.
- λ: Dawane gelombang tengah laser.
- w: radius 1/e² saka sinar Gaussian sing mlebu.
- P0: Daya puncak laser pulsa ultrashort.
- β1: Sudut setengah kerucut saka balok Bessel sawise kompresi balok.
- k: Vektor gelombang.
- J0: Fungsi Bessel orde nol.
Distribusi intensitas sinar Bessel orde nol ing njero kaca kuarsa: Ing sisih kiwa ana distribusi kerapatan daya optik sadawane arah rambatan lan tampilan penampang lintang, lan ing sisih tengen ana distribusi kerapatan daya optik sadawane sumbu lan tampilan penampang lintang.
2. Karakteristik Sinar Bessel Pulsa Femtosecond ing Kaca Silika Fused
Gambar (a) nuduhake mikrograf interaksi antarane pulsa femtosecond sinar Bessel lan kaca silika sing dilebur ing energi pulsa sing beda. Jembar pulsa laser tetep ing 220 fs, lan sudut setengah kerucut sinar Bessel ing njero sampel yaiku 12,4°. Bisa diamati yen wilayah sing kena pengaruh laser nuduhake struktur linier siji dimensi sing khas. Nalika energi pulsa laser kurang saka 9,5 μJ, indeks bias materi ing wilayah fokus mundhak, katon minangka wilayah ireng ing mikrograf.
Nalika energi pulsa laser ngluwihi 9,5 μJ, indeks bias materi ing wilayah fokus mudhun, katon minangka wilayah putih ing mikrograf, lan dawa wilayah putih mundhak kanthi nambah energi pulsa. Kanthi polesan sampel, kita mirsani karakteristik morfologis wilayah putih ing energi pulsa 15,4 μJ ing mikroskop elektron pindai, kaya sing dituduhake ing Gambar (b). Bisa disimpulake yen nanopori kanthi diameter kira-kira 200 nm dibentuk ing wilayah kasebut kanthi indeks bias sing suda.
Liwat etsa sinar ion lan sistem observasi mikroskop elektron pindai in-situ, kita luwih ngonfirmasi anané nanopore (Gambar c). Mulane, kanggo nyuda generasi cacat sing diinduksi laser, energi pulsa tunggal ora kena ngluwihi 9,5 μJ sajrone pengelasan laser.
3. Nggayuh Pengelasan Mikro Berkualitas Tinggi Antarane Kacamata Silika sing Dilebur nggunakake Laser Pulsa Ultrashort Bessel.
Gambar (a) nuduhake mikrograf tampilan ndhuwur saka permukaan las sampel. Bisa dideleng yen garis las laser seragam lan alus. Sanajan isih ana sawetara cacat mikropori sing disebar kanthi acak ing area las, sakabèhé, luwih apik tinimbang garis las laser Gaussian. Pangukuran nuduhake yen jembar garis las kira-kira 18 μm, lan jarak antarane garis las yaiku 40 μm. Gambar (b) nuduhake mikrograf tampilan sisih saka garis las sampel.
Bisa dideleng manawa celah antarane sampel ilang kabeh sawise proses laser, lan materi sing cedhak antarmuka wis nyawiji dadi siji entitas sawise ngalami proses pendinginan leleh termal. Pangukuran nuduhake manawa ambane wilayah leleh termal sing diinduksi laser tekan nganti 227 μm. Iki nuduhake manawa sajrone pengelasan laser kanthi parameter kasebut, ambane aksial posisi fokus bisa tekan nganti 227 μm, yaiku kaping papat saka pengelasan laser Gaussian ing kahanan sing padha.
4. Endi Panggonane Tuku Lensa Bessel?
Opto-Elektronik Wavelength nawakake lensa Bessel kualitas dhuwur sing digunakake ing aplikasi pangolahan laser. Tunability saka ambane fokus sinar output kanthi nyetel ukuran diameter sinar input minangka fitur sing paling menarik saka sistem optik sinar Bessel iki.
| Nomer Bagian | Panjang gelombang (nm) | Jarak Kerja (mm) | Diameter Balok Input Maks. (mm) | Jero Fokus sing Dirancang (mm) | Dawane Total (mm) |
|---|---|---|---|---|---|
| BESL-355-D10-T1 | 355 | 15.50 | 10 | 1.0 | 377.00 |
| BESL-532-10-D10 | 532 | 11.86 | 10 | 1.5 | 202.84 |
| BESL-1064-D10-T2 | 1064 | 10.80 | 10 | 2.0 | 238.00 |
| BESL-1064-D20-T12 | 1064 | 15.00 | 20 | 12.0 | 315.05 |
Wektu kiriman: 10-Okt-2024