01Pengenalan
Dalam dekad yang lalu, kemajuan ketara telah dicapai dalam penyelidikan laser berdenyut ultrafast, meningkatkan kestabilan dan fleksibiliti pemprosesannya. Walaupun kualiti pemprosesan laser berdenyut ultrafast boleh memenuhi keperluan banyak aplikasi, masih terdapat kekurangan kecekapan pengeluaran untuk senario aplikasi industri apabila menggunakan laser berdenyut ultrafast (USP) untuk pemprosesan. Terdapat dua kaedah untuk meningkatkan pemprosesan USP: 1) dengan meningkatkan tenaga nadi; 2) dengan meningkatkan kadar ulangan nadi. Kecekapan pengeluaran pemprosesan bahan menggunakan laser USP harus bersaing dengan teknologi lain, jadi penyelidik telah meletakkan usaha yang besar dalam pengurusan tenaga laser di luar laser itu sendiri. Pelbagai sistem mekanikal dan optik digunakan untuk mengawal kedudukan, arah, dan bentuk pancaran laser pada bahan kerja.
02Cermin bergetar dan pengimbas poligon
Kedudukan pantas pancaran laser yang paling teguh dan mudah dicapai menggunakan pengimbas galvanometer, yang mencondongkan dua cermin dengan hampir tiada inersia dalam arah menegak. Pengimbas galvanometer moden dengan lensa f-theta dengan panjang fokus 160 mm boleh menggerakkan pancaran laser pada kelajuan 20 m/s dalam medan pandangan 100 mm x 100 mm. Pada kelajuan sedemikian, menyegerakkan nadi laser dengan gerakan pancaran laser menjadi mencabar. Pengimbas poligon digunakan secara meluas untuk pengimejan dan bacaan kod bar, dan ia masih baru dalam bidang pemprosesan bahan. Mereka boleh menggerakkan pancaran laser merentasi permukaan bahan kerja pada kelajuan 100–1000 m/s. Penyegerakan denyutan laser USP dengan putaran poligon yang sangat stabil adalah lebih mencabar. Dengan menggabungkan pengimbas poligon dengan pengimbas galvanometer paksi tunggal,-pengimbas dua dimensi yang pantas telah dibangunkan (Rajah 1). Pengagihan denyutan laser berterusan merentasi keseluruhan kawasan pemprosesan laser memisahkan pengumpulan haba dan kesan perisai plasma.
03 Pembentukan pancaran laser
Kebanyakan laser memancarkan pancaran dengan profil pancaran Gaussian. Keamatan adalah tinggi di tengah-tengah rasuk dan lebih rendah di tepi. Pengagihan tenaga spatial ini tidak berfaedah untuk banyak aplikasi, terutamanya dalam pemprosesan filem nipis. Pembentukan pancaran laser dan teknik penghomogenan boleh mengoptimumkan bentuk untuk pelbagai aplikasi pemprosesan bahan laser. Unsur optik difraktif (DOE) boleh menukarkan rasuk Gaussian bulat kepada rasuk topi-segi empat tepat, di mana sebahagian besar diameter rasuk mengekalkan keamatan, dengan itu menyediakan bentuk sinar laser yang sesuai untuk proses, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2.
Pilihan fleksibel untuk membentuk pancaran laser ialah menggunakan modulator cahaya spatial (SLM) berdasarkan peranti berpiksel dengan hablur cecair bersuis elektrik. Hologram{1}}yang dijana komputer dihantar ke elektronik kawalan SLM untuk menetapkan topeng fasa atau amplitud untuk pancaran laser. SLM, bersama-sama dengan laser femtosaat, menjana berbilang rasuk difraksi untuk pemprosesan selari, dengan ketara meningkatkan daya pemprosesan-penstrukturan mikro ketepatan tinggi aloi silikon dan titanium lebih daripada sepuluh kali ganda.
Rajah 2. Taburan keamatan pancaran laser atas persegi yang terbentuk menggunakan FBS dan kanta sfera (kanan), diukur menggunakan kamera CCD. Profil pancaran input ditunjukkan di sebelah kiri. Purata kuasa output laser ialah 12 W.
04 Sistem berbilang-pancaran
Menggunakan laser USP berkuasa tinggi dengan kadar ulangan nadi yang tinggi dalam julat MHz boleh membawa kepada isu zon impak haba, seperti terlalu panas dan pembentukan cair, yang boleh mengurangkan kualiti ablasi. Mencapai kualiti ablasi yang tinggi memerlukan pemadanan yang teliti bagi semua parameter proses, tetapi kelajuan pesongan rasuk tinggi galvanometer atau pengimbas poligon termaju tidak selalu memberikan penyelesaian pemesinan mikro{1}}yang tepat. Dalam kes ini, berbilang pancaran laser menawarkan penyelesaian ablasi kuasa tinggi yang serba boleh, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3, yang menggambarkan hasil pemprosesan selari menggunakan parut yang dibuat dengan parut Dammann untuk membentuk tatasusunan pancaran difraksi 1×5 dan 5×5.
Rajah 3. (a) Apabila G1=0 dan G2=125, profilometer laser (Spiricon) memerhati tatasusunan 1 × 5 (kiri) dan 5 × 5 (kanan). (b) Lubang buta telah diproses pada sampel Ti64 yang digilap dengan menggunakan kisi Dammann 1 × 5 (kiri) dan 5 × 5 (kanan) (G1=0, G2=125).
05 Ringkasan
Laser nadi ultrapendek menjana denyutan cahaya yang koheren dengan tempoh nadi antara picosaat hingga femtosaat, dan menjadi semakin popular dalam pemesinan mikro laser ketepatan-. Mereka mendapat manfaat bukan sahaja daripada ablasi laser ramalan yang baik yang menyekat zon-panas yang terjejas tetapi juga daripada interaksi tak linear yang dipertingkatkan dengan bahan, membuka peluang pemprosesan baharu, terutamanya dengan bahan lutsinar. Ringkasnya, pembangunan laser nadi ultrashort telah menggalakkan pengoptimuman proses ablasi dengan berkesan.
