Njira Zopangira Bessel Beam

Kuti nthawi imodzi asungunule zinthu zomwe zili mbali zonse ziwiri za mawonekedwe ake ndikukhazikitsa mgwirizano wamphamvu wa micro-region, malo ofunikira a laser ayenera kuyang'aniridwa bwino pa chitsanzo, zomwe zimapangitsa kuti pakhale kufunikira kolimba pa kulondola kwa makina olumikizira. Kuphatikiza apo, chifukwa cha kuchuluka kwa mphamvu ya axial ya kuwala kwa Gaussian pambuyo poyang'ana, kutentha kwa malo ofunikira sikufanana, zomwe zimapangitsa kuti pakhale zolakwika zazing'ono komanso zopanda kanthu m'dera lomwe lakhudzidwa ndi laser, zomwe zimakhudza mtundu wa kulumikiza kwa chitsanzocho.

Ukadaulo wopanga kuwala kwa malo ungagwiritsidwe ntchito popanga mipiringidzo ya Bessel yopanda dongosolo kuti ikwaniritse bwino kufalikira kwa mphamvu ya gawo loyang'ana la laser. Njirayi imachepetsa kukula kwa mphamvu ya axial ndikukulitsa kutalika kwa focal, motero imawonjezera chiŵerengero cha kuya ndi m'lifupi cha dera la kutentha lomwe limapangidwa ndi laser. Zotsatira zake, zimachepetsa zofunikira pakulunjika molondola kwa dongosolo lolumikizira la laser, ndikukweza ubwino ndi magwiridwe antchito a welding.

1. Kupanga ndi Kupanga Ma Parameter a Bessel Beams Osasokoneza

Mu 1987, Durnin adapereka koyamba kuwala kwa Bessel kopanda dongosolo, komwe kumasonyeza makhalidwe apadera osasinthasintha: kufalikira kwake kwa mphamvu ya kuwala kopingasa sikunasinthe panthawi yofalikira, ndipo kukula kwa malo apakati nthawi zonse kumakhala pafupi ndi malire a diffraction. Kuphatikiza apo, Bessel imawonetsanso mphamvu yodzichiritsa yokha panthawi yofalikira. Malo apakati akatsekedwa, kuwala kozungulira kudzalumikizana pakati kuti "kukonze" malo apakati. Mawu a masamu a kufalikira kwa kuwala kopingasa kwa kuwala kwa Bessel kopanda dongosolo ndi awa:

Mu mawu awa:

• J0 ikuyimira ntchito ya Bessel ya zero-order.
• r ndi φ ndi zinthu zolumikizirana za radial ndi angular, motsatana.
• z ndi mtunda wofalikira.
• Kr ndi Kz ndi zinthu zozungulira komanso zotalika za wavevector, motsatana.

Malo akuluakulu a Bessel beam ya zero-order ali ndi mphamvu yolimba yotsekera, zomwe zimathandiza kuti ma radiation afike pa TW/cm² kapena kupitirira apo, zomwe zingapangitse kuti zinthu zisamayende bwino. Chofunika kwambiri, kufalikira kwa Bessel beam ya zero-order kumapereka kuzama kwakukulu kwa kuunikira ndi kutsika kwa mphamvu ya axial, motero kupanga kutentha kofanana ndikuletsa mapangidwe a zolakwika zolumikizira.

Chithunzi chotsatirachi chikuwonetsa kufananiza kutalika kwa matabwa a Bessel ndi Gaussian pansi pa mphamvu yofanana yopingasa. Ma matabwa a Bessel ali ndi kuya kwakukulu kwa kuyang'ana pamene akusunga m'mimba mwake wa malo opingasa a micron-level.

Pali njira zingapo zopangira mipiringidzo ya Bessel ya zero-order, ndipo njira zitatu zazikulu zotsatirazi ndizofala:

Njira Yotsegulira Mababu: Njira yotsegulira mababu a annular, monga momwe dzinalo likusonyezera, imaphatikizapo kugwiritsa ntchito mpata wozungulira kuti apange mipata ya Bessel. Iyi inalinso njira yoyamba yopambana yopangira mipata ya Bessel. Chithunzi chomwe chili pansipa chikuwonetsa njira yotsegulira mababu a annular popanga mipata ya Bessel. Mafunde a plane amagwera molunjika pa mpata wozungulira kuchokera kumanzere ndipo diffraction imachitika.

Pambuyo pake, lenzi yabwino imapanga kusintha kwa Fourier, zomwe zimapangitsa kuti kuwala kwa Bessel kukhale kumbuyo kwa lenziyo. Mtunda wofalikira wa Zmax umagwirizana ndi m'mimba mwake wa d wa mpata wa annular ndi kutseguka kwa lenziyo.

Ngakhale njira iyi imatha kupanga mipiringidzo ya Bessel yopanda dongosolo, mphamvu yosinthira mphamvu ndi yochepa kwambiri, zomwe zimapangitsa kuti zikhale zovuta kugwiritsa ntchito m'magawo opangira laser.

Njira Yosinthira Kuwala kwa Malo: Kupanga kuwala kwa Bessel kopanda dongosolo la zero kwenikweni ndi njira yosinthira kugawa kwa gawo la kuwala. Chifukwa chake, kuwala kwa Bessel kopanda dongosolo la zero kungapangidwenso pogwiritsa ntchito modulator ya kuwala kwa malo. Modulator ya kuwala kwa malo ndi mtundu wa chipangizo chosinthira cha optoelectronic chomwe chimayang'anira mphamvu ya gawo la kuwala ndi kugawa kwa gawo kudzera mu zizindikiro zamagetsi. Kuwala kwa Bessel kopanda dongosolo la zero kungapangidwe pogwiritsa ntchito gawo la lens lozungulira, monga momwe zasonyezedwera pachithunzi pansipa, ku gulu logwirira ntchito la modulator ya kuwala kwa malo.

Njira ya Axicon: Axicon ndi imodzi mwa zinthu zotulutsa mpweya zomwe zimagwiritsidwa ntchito kwambiri popanga matabwa a Bessel. Pamene chitsulo cha Gaussian chimalowa mu axicon, kugawa kwake kwa magawo kumasinthidwa, ndikuchisintha kukhala chitsulo cha Bessel chopanda kutayika kwa mphamvu, monga momwe chithunzi chili pansipa chikusonyezera.

Chifukwa cha mtengo wotsika, kugwiritsa ntchito mosavuta, komanso kuwonongeka kwakukulu kwa magalasi a axicons, komanso kugwiritsa ntchito mphamvu zambiri, ma axicons ndi chisankho chachikulu popanga ma ultrashort pulse Bessel beams m'munda wa laser processing. Chithunzi chomwe chili pansipa chikuwonetsa schematic ya beam kuchepetsa ndi kutumiza kwa zero-order Bessel beam. Mwa kusintha kukula ndi kuyang'ana kwa 4f imaging system, mtunda wosasinthasintha, ngodya ya theka la cone, ndi ngodya yopendekera mbali yofalikira ya Bessel beam zitha kulamulidwa mosavuta.

Pamene kuwala kwa Bessel kokhala ndi ngodya ya theka la koni ya Ɵ1 ndi mtunda wopanda kufalikira kwa Zmax kudutsa mu dongosolo la 4f lopangidwa ndi lenzi (L1) ndi lenzi yolunjika (L2), miyeso ya geometric idzakanikizidwanso. Kukula kwa mbali ndi pafupifupi M=f1/f2=5, ndipo kukula kwa nthawi yayitali ndi pafupifupi M2=25. Chifukwa chake, chithunzi chomaliza cha kuwala kwa Bessel kokhala ndi zero mkati mwa chitsanzocho chikhoza kuimiridwa ndi magawo a geometric:

Magawo a geometrical a Bessel beam omwe amajambulidwa mkati mwa chitsanzo cha galasi la quartz pansi pa ma cone angles osiyanasiyana ndi kukula kwa beam compression.

Kugawa mphamvu ya Bessel beam pogwiritsa ntchito focus field field

• r ndi z: Zigawo za radial ndi axial coordinate, motsatana.
• λ: Kutalika kwa mafunde apakati pa laser.
• w: 1/e² radius ya kuwala kwa Gaussian komwe kwachitika.
• P0: Mphamvu yapamwamba kwambiri ya laser ya pulse ya ultrashort.
• β1: Ngodya ya theka la makona a mtengo wa Bessel pambuyo pa kukanikiza kwa mtengo.
• k: Vekitala ya mafunde.
• J0: Ntchito ya Bessel ya Zero-order.

Kugawa mphamvu kwa kuwala kwa Bessel komwe kuli zero-order mkati mwa galasi la quartz: Kumanzere kuli kugawa mphamvu ya kuwala motsatira njira yofalitsira ndi mawonekedwe opingasa, ndipo kumanja kuli kugawa mphamvu ya kuwala motsatira mzere ndi mawonekedwe opingasa.

2. Makhalidwe a Femtosecond Pulse Bessel Beam mu Fused Silica Glass

Chithunzi (a) chikuwonetsa ma micrograph a kuyanjana pakati pa femtosecond pulse Bessel beams ndi fused silica glass pa mphamvu zosiyanasiyana za pulse. Upana wa laser pulse uli pa 220 fs, ndipo ngodya ya theka la cone ya Bessel beam mkati mwa chitsanzo ndi 12.4°. Zitha kuwonedwa kuti dera lomwe lakhudzidwa ndi laser likuwonetsa kapangidwe kabwino ka mzere umodzi. Pamene mphamvu ya laser pulse ili yochepera 9.5 μJ, refractive index ya zinthu zomwe zili mu focal region imawonjezeka, kuwoneka ngati dera lakuda mu micrograph.

Pamene mphamvu ya laser pulse ipitirira 9.5 μJ, refractive index ya zinthu zomwe zili mu focal region imachepa, kuwoneka ngati dera loyera mu micrograph, ndipo kutalika kwa dera loyera kumawonjezeka ndi kuwonjezeka kwa mphamvu ya pulse. Mwa kupukuta chitsanzocho, tinawona mawonekedwe a dera loyera pa mphamvu ya pulse ya 15.4 μJ pansi pa scanning electron microscope, monga momwe zasonyezedwera pa Chithunzi (b). Zingatsimikizidwe kuti nanopore yokhala ndi diameter ya pafupifupi 200 nm imapangidwa m'derali yokhala ndi refractive index yocheperako.

Kudzera mu njira zowunikira ma ion beam ndi ma in-situ scanning electron microscope, tinatsimikiziranso kupezeka kwa nanopore (Chithunzi c). Chifukwa chake, kuti tichepetse kupanga zolakwika zomwe zimachitika chifukwa cha laser, mphamvu ya single pulse siyenera kupitirira 9.5 μJ panthawi yolumikizira laser.

3. Kupeza Kuwotcherera Kwabwino Kwambiri Pakati pa Magalasi a Silica Ophatikizidwa pogwiritsa ntchito Bessel Ultrashort Pulse Laser.

Chithunzi (a) chikuwonetsa maikulografu yowonera pamwamba pa malo owetera a chitsanzo. Zikuoneka kuti mzere wowetera wa laser ndi wofanana komanso wosalala. Ngakhale kuti pali zolakwika zingapo za micropore zomwe zimagawidwa mwachisawawa m'dera lowetera, zonse, ndizabwino kwambiri kuposa mzere wowetera wa laser wa Gaussian. Miyeso ikuwonetsa kuti m'lifupi mwa mzere wowetera ndi pafupifupi 18 μm, ndipo malo pakati pa mizere yowetera ndi 40 μm. Chithunzi (b) chikuwonetsa maikulografu yowonera mbali ya mzere wowetera wa chitsanzo.

Zikuoneka kuti kusiyana pakati pa zitsanzo kumatheratu pambuyo pokonza laser, ndipo zinthu zomwe zili pafupi ndi malo olumikizirana zasakanikirana kukhala chinthu chimodzi pambuyo pochita njira yoziziritsira kutentha. Miyeso ikuwonetsa kuti kuya kwa dera losungunuka lopangidwa ndi laser kumafika mpaka 227 μm. Izi zikusonyeza kuti panthawi yolumikiza laser ndi magawo awa, kuya kwa axial kwa malo ofunikira kumatha kufika mpaka 227 μm, komwe ndi kanayi kuposa kwa Gaussian laser welding pansi pa mikhalidwe yomweyi.

4. Kodi mungagule kuti magalasi a Bessel?

Wavelength Opto-Electronic imapereka magalasi apamwamba a Bessel omwe amagwiritsidwa ntchito popanga laser. Kusinthasintha kwa kuya kwa kuwala kwa kuwala kotuluka mwa kusintha kukula kwa kukula kwa kuwala kwa kuwala ndi chinthu chokongola kwambiri pa makina owonera a Bessel awa.